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KR20100034505A - Channel information feedback apparatus for generating multiple antenna beam in orthogonal frequency division multiplexing systems and method thereof - Google Patents

Channel information feedback apparatus for generating multiple antenna beam in orthogonal frequency division multiplexing systems and method thereof Download PDF

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KR20100034505A
KR20100034505A KR1020080093688A KR20080093688A KR20100034505A KR 20100034505 A KR20100034505 A KR 20100034505A KR 1020080093688 A KR1020080093688 A KR 1020080093688A KR 20080093688 A KR20080093688 A KR 20080093688A KR 20100034505 A KR20100034505 A KR 20100034505A
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KR
South Korea
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channel information
information
channel
feedback
correlation matrix
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Application number
KR1020080093688A
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이용환
고재연
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재단법인서울대학교산학협력재단
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Abstract

PURPOSE: In the OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) system, by using the space correlation information between the frequency correlation information between subcarrier and the multiple antenna the channel information feed backing apparatus and the method thereof for being created the multiple antenna beam are created the feedback information. CONSTITUTION: A transmitter(100) comprises the beam weighted value application part(102), the IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) part(104), the guard interval inserter(106), a plurality of transmission antennae and beam weighted value generator. A receiver comprises a plurality of RX-antennas, the guard interval canceller, the DFT part, the received signal processor and feedback information generator(120). The feedback information generator is created the feedback information for the beam forming of the transmission signal. The feedback information generator transmits the feedback information which becomes as described above with above beam weighted value generator of transmitter.

Description

OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법{channel information feedback apparatus for generating multiple antenna beam in orthogonal frequency division multiplexing systems and method thereof}Channel information feedback apparatus for generating multiple antenna beams in an OFM system and its method

본 발명은 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a channel information feedback apparatus and method for generating a multi-antenna beam in an OFDM system.

다중 송수신 안테나를 사용하는 시스템에서 채널 정보를 송신기가 알고 있는 경우 송신 빔포밍 기법을 통해 시스템 용량을 크게 증가시킬 수 있는데, 이를 이용하기 위해 수신기에서 송신기로의 채널 정보의 궤환이 필수적으로 요구된다. 그러나 이러한 궤환 정보량은 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식의 시스템에서 유효한 부반송파 수가 많아짐에 따라 크게 증가하게 되며 이는 곧 시스템의 큰 부담으로 작용하게 된다.In a system using multiple transmit / receive antennas, if the transmitter knows channel information, the system capacity can be greatly increased through a transmission beamforming technique. In order to use this, feedback of channel information from the receiver to the transmitter is required. However, the amount of feedback information is greatly increased as the number of effective subcarriers increases in an Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) system, which is a burden on the system.

이에 따라 다수의 송수신 안테나를 이용하는 OFDM 시스템에서 궤환 정보 부담을 줄이기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 인접한 여러 부반송파를 하나의 클러스터로 묶어 그 클러스터의 대표 부반송파에 해당하는 빔 가중치 정보를 궤환하 는 클러스터링 기법은 클러스터 크기에 비례하여 궤환량을 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 하지만 클러스터 크기가 증가함에 따라 시스템 성능이 감소하는 단점이 있으며, 이는 보간 기법을 통해 극복될 수 있다. 즉, 클러스터의 대표 부반송파에 대한 채널 정보를 보간하여 나머지 부반송파에 대한 채널 정보를 얻어냄으로써 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나 이 기법은 보간을 위해서 위상 정보를 추가적으로 궤환해야 하는 단점이 있다.Accordingly, many studies have been made to reduce the feedback information burden in an OFDM system using a plurality of transmit and receive antennas. The clustering technique of grouping several adjacent subcarriers into one cluster and returning beam weight information corresponding to the representative subcarriers of the cluster has an advantage of reducing the feedback amount in proportion to the cluster size. However, as the cluster size increases, system performance decreases, which can be overcome by interpolation techniques. That is, performance can be improved by interpolating channel information of a representative subcarrier of a cluster to obtain channel information of the remaining subcarriers. However, this technique has a disadvantage of additional feedback of phase information for interpolation.

이에, 이전 부반송파의 빔 가중치 정보를 이용하여 현재 부반송파의 빔 가중치 정보를 생성하는 기법이 제안되었는데, 이 기법은 추가적인 위상 정보 없이 궤환 정보량을 효과적으로 낮출 수 있는 장점이 있다. 최근 DFT(Discrete Fourier Transform)에 기반한 직교변환을 통하여 시간영역에서 궤환 정보를 생성하고 송신기에서는 이를 역변환하여 빔 가중치 정보를 생성하는 기법이 제안되었다. 이 기법은 주파수 상관이 큰 환경에서 채널의 이득이 소수개의 다중 경로에 집중된다는 특징을 이용한 것으로써, 다중 경로의 개수가 적은 환경에서 유리한 특징을 가지고 있다.Therefore, a technique for generating beam weight information of the current subcarrier using the beam weight information of the previous subcarrier has been proposed. This technique has an advantage of effectively reducing the amount of feedback information without additional phase information. Recently, a technique for generating beam weight information by generating feedback information in a time domain through an orthogonal transform based on a Discrete Fourier Transform (DFT) and performing inverse transformation on the transmitter has been proposed. This technique takes advantage of the fact that the gain of the channel is concentrated in a few multipaths in a high frequency correlation environment, which is advantageous in a small number of multipaths.

그러나 이러한 기법들은 모두 주파수 영역에서의 상관 정보만을 이용한다는 공통점이 있기는 하지만 실제 채널에서 존재할 수 있는 송신 및 수신 안테나 사이의 상관 정보를 이용하지는 않기 때문에, 채널 정보의 궤환 부담이 크다는 문제점이 있다.However, although these techniques all have in common that they use only correlation information in the frequency domain, they do not use correlation information between transmit and receive antennas that may exist in an actual channel, and thus, there is a problem in that feedback of channel information is large.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 부반송파 사이의 주파수 상관정보 및 다중 안테나 사이의 공간 상관정보를 이용하여 궤환 정보를 생성함으로써, 궤환 정보량을 낮출 수 있도록 하는 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by generating feedback information using the frequency correlation information between subcarriers and the spatial correlation information between multiple antennas, multiple in an OFDM system to reduce the amount of feedback information A channel information feedback apparatus and method for generating an antenna beam are provided.

또한, 본 발명은 부반송파 사이의 주파수 상관정보 및 다중 안테나 사이의 공간 상관정보를 이용하여 궤환 정보량을 낮출 수 있기 때문에, 시스템의 성능을 향상 시킬 수 있도록 하는 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.In addition, the present invention can reduce the amount of feedback information by using the frequency correlation information between the subcarriers and the spatial correlation information between the multiple antennas, so that the channel for generating a multi-antenna beam in an OFDM system to improve the performance of the system. An information feedback apparatus and method are provided.

이를 위하여, 본 발명의 한 측면에 따른 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치는 추정된 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하는 변환기; 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 원소를 포함하는 벡터를 생성하고 생성된 상기 벡터를 양자화 코드북을 기반으로 양자화하여 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하는 양자화기; 및 생성된 상기 궤환 정보를 송신기에 궤환하는 궤환기를 포함할 수 있다.To this end, a channel information feedback apparatus for generating a multi-antenna beam in an OFDM system according to an aspect of the present invention includes a transformer for converting the estimated channel information using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmission antenna correlation matrix; A quantizer for generating a vector including a predetermined number of main elements of the converted channel information and quantizing the generated vector based on a quantization codebook to generate feedback information for transmission beamforming; And it may include a feedback unit for feedback the generated feedback information to the transmitter.

바람직하게, 상기 변환기는 상기 추정된 채널 정보를 상기 DFT 행렬을 이용 하여 주파수 영역에서 시간 영역의 채널 정보로 변환하고, 상기 시간 영역으로 변환된 채널 정보를 상기 송신안테나 상관행렬을 이용하여 공간 직교 변환할 수 있다.Preferably, the converter converts the estimated channel information into the channel information of the time domain in the frequency domain using the DFT matrix, and performs spatial orthogonal transformation of the channel information converted into the time domain using the transmission antenna correlation matrix. can do.

바람직하게, 상기 양자화기는 상기 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하되, 상기 기 설정된 개수 L은 수학식

Figure 112008067125610-PAT00001
에 의해 구해지고, 여기서, 상기 M은 송신안테나의 개수, 상기 K는 부반송파의 개수, 상기 q는 다중경로의 개수, 상기
Figure 112008067125610-PAT00002
은 채널의 i번째 다중경로의 이득, 상기
Figure 112008067125610-PAT00003
는 송신안테나 상관 행렬의 j번째 고유값, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 주요 채널요소의 l번째 인덱스 번호, 그리고 상기
Figure 112008067125610-PAT00004
는 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미할 수 있다.Preferably, the quantizer generates a vector including a predetermined number of main channel elements of the transformed channel information, wherein the predetermined number L is expressed by an equation
Figure 112008067125610-PAT00001
Where M is the number of transmit antennas, K is the number of subcarriers, q is the number of multipaths, and
Figure 112008067125610-PAT00002
Is the gain of the i-th multipath of the channel,
Figure 112008067125610-PAT00003
Is the j th eigenvalue of the transmit antenna correlation matrix, π s (l) and π f (l) are the l th index number of the primary channel element, and
Figure 112008067125610-PAT00004
May mean a constant value according to the feature of the quantization codebook.

이때, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 수학식

Figure 112008067125610-PAT00005
에 의해 구해질 수 있다. 또한, 상기
Figure 112008067125610-PAT00006
는 수학식
Figure 112008067125610-PAT00007
에 의해 계산된 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미하고, 여기서, 상기
Figure 112008067125610-PAT00008
을 의미하며, 상기 e는 평균이 0인 i.i.d. 가우 시안 랜덤 변수를 원소로 하는 크기가 L인 벡터를 의미할 수 있다.In this case, π s (l) and π f (l) is the equation
Figure 112008067125610-PAT00005
Can be obtained by In addition,
Figure 112008067125610-PAT00006
Is an equation
Figure 112008067125610-PAT00007
Means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook calculated by
Figure 112008067125610-PAT00008
E may mean a vector having a size of L having an iid Gaussian random variable having an average of 0 as an element.

바람직하게, 상기 변환기는 상기 추정된 채널 정보가 MIMO(Multi Input Multi Output) 채널 정보이면, 상기 MIMO 채널 정보를 수신안테나 상관행렬의 첫번째 열벡터를 이용하여 MISO(Multi Input Single Output) 채널 정보로 변환하고, 변환된 상기 MISO 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환할 수 있다.Preferably, if the estimated channel information is MIMO channel information, the converter converts the MIMO channel information into MISO channel information using a first column vector of a received antenna correlation matrix. The converted MISO channel information may be transformed using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmission antenna correlation matrix.

바람직하게, 본 발명은 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 송신안테나 상관행령과 수신안테나 상관행렬을 추정하는 안테나 상관행렬 추정기; 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 다중경로 이득을 추정하는 다중경로 이득 추정기; 및 추정된 상기 다중경로 이득을 기반으로 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 결정하는 주요 채널요소 결정기를 더 포함하고, 상기 궤환부는 채널 특성이 변하는 경우에 상기 송신안테나 상관행렬, 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 상기 송신기에 궤환할 수 있다.Preferably, the present invention provides an antenna correlation matrix estimator for estimating a transmission antenna correlation command and a reception antenna correlation matrix based on the estimated channel information; A multipath gain estimator for estimating a multipath gain based on the estimated channel information; And a main channel element determiner for determining the number and position information of the main channel elements based on the estimated multipath gain, wherein the feedback unit includes the transmission antenna correlation matrix and the main channel when channel characteristics change. The number of elements and their location information can be fed back to the transmitter.

또한, 상기 송신기는 상기 궤환 정보를 기반으로 채널 정보의 원소를 재배열하고, 재배열된 상기 채널 정보를 송신안테나 상관행렬 및 DFT 행렬을 이용하여 역변환하며, 역변환된 상기 채널 정보를 이용하여 빔가중치 정보를 생성하여 생성된 상기 빔가중치 정보를 기반으로 송신 신호를 빔포밍할 수 있다.In addition, the transmitter rearranges the elements of the channel information based on the feedback information, and inversely transforms the rearranged channel information using a transmission antenna correlation matrix and a DFT matrix, and uses the inverse transformed channel information to beam-weight the values. The transmission signal may be beamformed based on the beamweighting information generated by generating information.

본 발명의 다른 한 측면에 따른 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법은 추정된 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하는 단계; 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 원소를 포함하는 벡터를 결정하고 결정된 상기 벡터를 양자화 코드북을 기반으로 양자화하여 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하는 단계; 및 생성된 상기 궤환 정보를 송신기에 궤환하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, a channel information feedback method for generating a multi-antenna beam includes converting estimated channel information by using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmission antenna correlation matrix; Determining a vector including a predetermined number of elements of the converted channel information and quantizing the determined vector based on a quantization codebook to generate feedback information for transmission beamforming; And feedbacking the generated feedback information to a transmitter.

바람직하게, 상기 변환하는 단계는 상기 추정된 채널 정보를 상기 DFT 행렬을 이용하여 주파수 영역에서 시간 영역의 채널 정보로 변환하고, 상기 시간 영역으로 변환된 채널 정보를 상기 송신안테나 상관행렬을 이용하여 공간 직교 변환할 수 있다.Preferably, in the converting, the estimated channel information is converted into channel information of a time domain in a frequency domain using the DFT matrix, and the channel information converted into the time domain is spatial using a transmission antenna correlation matrix. Can be orthogonal.

상기 생성하는 단계는 상기 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하되, 상기 기 설정된 개수 L은 수학식

Figure 112008067125610-PAT00009
에 의해 구해지고, 여기서, 상기 M은 송신안테나의 개수, 상기 K는 부반송파의 개수, 상기 q는 다중경로의 개수, 상기
Figure 112008067125610-PAT00010
은 채널의 i번째 다중경로의 이득, 상기
Figure 112008067125610-PAT00011
는 송신안테나 상관 행렬의 j번째 고유값, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 주요 채널요소의 l번째 인덱스 번호, 그리고 상기
Figure 112008067125610-PAT00012
는 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미할 수 있다.The generating may generate a vector including a predetermined number of main channel elements of the converted channel information, wherein the predetermined number L is expressed by an equation
Figure 112008067125610-PAT00009
Where M is the number of transmit antennas, K is the number of subcarriers, q is the number of multipaths, and
Figure 112008067125610-PAT00010
Is the gain of the i-th multipath of the channel,
Figure 112008067125610-PAT00011
Is the j th eigenvalue of the transmit antenna correlation matrix, π s (l) and π f (l) are the l th index number of the primary channel element, and
Figure 112008067125610-PAT00012
May mean a constant value according to the feature of the quantization codebook.

이때, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 수학식

Figure 112008067125610-PAT00013
에 의해 구해질 수 있다. 또한, 상기
Figure 112008067125610-PAT00014
는 수학식
Figure 112008067125610-PAT00015
에 의해 계산된 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미하고, 여기서, 상기
Figure 112008067125610-PAT00016
을 의미하며, 상기 e는 평균이 0인 i.i.d. 가우시안 랜덤 변수를 원소로 하는 크기가 L인 벡터를 의미할 수 있다.In this case, π s (l) and π f (l) is the equation
Figure 112008067125610-PAT00013
Can be obtained by In addition,
Figure 112008067125610-PAT00014
Is an equation
Figure 112008067125610-PAT00015
Means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook calculated by
Figure 112008067125610-PAT00016
The e may mean a vector having a size of L having an iid Gaussian random variable having an average of 0 as an element.

바람직하게, 상기 변환하는 단계는 상기 추정된 채널 정보가 MIMO(Multi Input Multi Output) 채널 정보이면, 상기 MIMO 채널 정보를 수신안테나 상관행렬의 첫번째 열벡터를 이용하여 MISO(Multi Input Single Output) 채널 정보로 변환하고, 변환된 상기 MISO 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환할 수 있다.Preferably, in the converting, if the estimated channel information is multi-input multi-output (MIMO) channel information, multi-input single output (MISO) channel information is obtained using the first column vector of a received antenna correlation matrix. The converted MISO channel information may be converted using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmission antenna correlation matrix.

바람직하게, 본 발명은 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 송신안테나 상관행령과 수신안테나 상관행렬을 추정하는 안테나 상관행렬 추정기; 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 다중경로 이득을 추정하는 다중경로 이득 추정기; 및 추정된 상기 다중경로 이득을 기반으로 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 결정하는 주요 채널요소 결정기를 더 포함하고, 상기 궤환하는 단계는 채널 특성이 변하는 경우에 상기 송신안테나 상관행렬, 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 상기 송신기에 궤환할 수 있다.Preferably, the present invention provides an antenna correlation matrix estimator for estimating a transmission antenna correlation command and a reception antenna correlation matrix based on the estimated channel information; A multipath gain estimator for estimating a multipath gain based on the estimated channel information; And a main channel element determiner for determining the number and position information of the main channel elements based on the estimated multipath gain, wherein the feedbacking step includes the transmission antenna correlation matrix when the channel characteristics change. The number of main channel elements and their position information can be fed back to the transmitter.

또한, 상기 송신기는 상기 궤환 정보를 기반으로 채널 정보의 원소를 재배열하고, 재배열된 상기 채널 정보를 송신안테나 상관행렬 및 DFT 행렬을 이용하여 역 변환하며, 역변환된 상기 채널 정보를 이용하여 빔가중치 정보를 생성하여 생성된 상기 빔가중치 정보를 기반으로 송신 신호를 빔포밍할 수 있다.In addition, the transmitter rearranges the elements of the channel information based on the feedback information, inversely converts the rearranged channel information using a transmission antenna correlation matrix and a DFT matrix, and uses the inverse transformed channel information. The transmission signal may be beamformed based on the beamweighting information generated by generating weight information.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a channel information feedback apparatus and method for generating a multi-antenna beam in an OFDM system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. The following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intentions or customs of the user, the operator, and the like. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout the specification.

본 발명은 다수의 송수신 안테나를 이용하는 OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) 방식의 무선 통신 시스템에서 빔포밍 전송에 필요한 채널 정보 특히, OFDM 부반송파 사이에 존재하는 주파수 상관관계 및 송수신 안테나 사이에 존재하는 공간 상관관계를 이용하여 함축된 채널 정보를 궤환시키는 방안에 관한 것이다.According to the present invention, channel information necessary for beamforming transmission in an orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) wireless communication system using a plurality of transmit / receive antennas, in particular, frequency correlation between OFDM subcarriers and spatial correlation between transmit / receive antennas The present invention relates to a method for feeding back implied channel information.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 시스템의 송수신기의 구성을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing the configuration of a transceiver of an OFDM system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 송신기(100)는 빔가중치 적용 부(102), IDFT (Inverse DFT)부(104), 보호구간 삽입기(106), 다수의 송신 안테나들(108-1~M) 및 빔가중치 생성기(122) 등을 포함하고, 수신기(110)는 다수의 수신 안테나들(112-1~112-N), 보호구간 삭제기(114), DFT(Discrete Fourier Transform)부(116), 수신신호 처리부(118) 및 궤환정보 생성기(120) 등을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the transmitter 100 according to the present invention includes a beam weighting unit 102, an IDFT (Inverse DFT) unit 104, a guard interval inserter 106, and a plurality of transmit antennas 108. -1 ~ M) and beam weight generator 122, etc., the receiver 110 is a plurality of receive antennas (112-1 ~ 112-N), guard interval deleter 114, Discrete Fourier Transform Unit 116, a reception signal processor 118, and a feedback information generator 120.

궤환정보 생성기(120)는 채널 정보를 추정하여 추정된 채널 정보로부터 주파수 상관관계와 공간 상관관계를 이용하여 송신 신호의 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하고, 생성된 궤환 정보를 송신기(100)의 빔가중치 생성기(122)로 전송할 수 있다.The feedback information generator 120 estimates channel information to generate feedback information for beamforming a transmission signal using frequency correlation and spatial correlation from the estimated channel information, and generates the feedback information of the transmitter 100. And transmit it to the beamweight generator 122.

빔가중치 생성기(122)는 수신기(110) 내의 궤환정보 생성기(120)로부터 궤환 정보를 수신하여 궤환 정보로부터 빔가중치를 추정하고 추정된 빔가중치를 기반으로 송신 신호를 빔포밍할 수 있다. 물론 이러한 송신 신호를 빔포밍하기 위한 궤환 정보를 생성하기 위해서는 수신기가 그 채널 정보를 정확히 추정해야 할 것이다.The beam weight generator 122 may receive feedback information from the feedback information generator 120 in the receiver 110, estimate a beam weight value from the feedback information, and beamform a transmission signal based on the estimated beam weight value. Of course, in order to generate feedback information for beamforming such a transmission signal, the receiver must accurately estimate the channel information.

도 2는 도 1에 도시된 궤환정보 생성기(120)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view showing a detailed configuration of the feedback information generator 120 shown in FIG.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 궤환정보 생성기(120)는 채널 추정기(202), 변환기(204), 양자화기(206), 궤환기(208) 및 안테나 상관행렬 추정기(210), 다중경로 이득 추정기(212) 및 주요 채널요소 결정기(214) 등을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the feedback information generator 120 according to the present invention includes a channel estimator 202, a converter 204, a quantizer 206, a feedback 208, and an antenna correlation matrix estimator 210. Multipath gain estimator 212 and primary channel component determiner 214.

채널 추정기(202)는 주기적으로 채널 정보를 추정하고, 변환기(204)는 추정된 채널 정보를 DFT 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하며, 양자화기(206)는 변환된 채널 정보로부터 기 설정된 개수의 원소를 포함하는 벡터를 생성하여 그 벡터를 양자화함으로써, 궤환 정보를 생성할 수 있다. 그리고 나서 이렇게 생성된 궤환 정보는 궤환기(208)를 통해 송신기 내의 빔가중치 생성기에 전송될 수 있다.The channel estimator 202 periodically estimates channel information, the converter 204 converts the estimated channel information by using a DFT matrix and a transmission antenna correlation matrix, and the quantizer 206 presets the channel information from the converted channel information. By generating a vector containing a number of elements and quantizing the vector, feedback information can be generated. The feedback information thus generated may then be transmitted to the beam weight generator in the transmitter via feedback 208.

이때, 본 발명은 궤환 정보를 생성 및 추정하기 위한 정보들을 매번 송신기에 전송하는 것이 아니라 채널 특성이 변할 때만 그 정보들을 전송할 수 있는데, 이러한 이유는 송신기에 궤환하는 궤환 정보량을 줄여 그 궤환 부담을 낮추기 위함이다.In this case, the present invention can transmit the information for generating and estimating feedback information only when the channel characteristics change, rather than transmitting the information to the transmitter each time. This is because the amount of feedback information feedback to the transmitter is reduced to reduce the feedback burden. For sake.

먼저, 안테나 상관행렬 추정기(210)는 채널 추정기(202)의 채널 정보를 바탕으로 송신안테나 상관행렬과 수신안테나 상관행렬을 추정할 수 있다.First, the antenna correlation matrix estimator 210 may estimate the transmission antenna correlation matrix and the reception antenna correlation matrix based on the channel information of the channel estimator 202.

또한 다중경로 이득 추정기(212)는 채널 추정기(202)의 채널 정보를 바탕으로 채널의 다중 경로 이득을 추정하고, 주요 채널요소 결정기(214)는 다중경로 이득을 기반으로 주요 채널요소의 수를 결정하여 그 주요 채널요소의 위치 정보를 결정할 수 있다.In addition, the multipath gain estimator 212 estimates the multipath gain of the channel based on the channel information of the channel estimator 202, and the main channel factor determiner 214 determines the number of main channel elements based on the multipath gain. The position information of the main channel element can be determined.

이에, 궤환기(208)는 채널 정보를 송신기에 궤환하기 이전에 이렇게 추정된 송신안테나 상관행렬, 주요 채널요소의 수 및 주요 채널요소의 위치정보 등을 전송할 수 있다.Accordingly, the feedback unit 208 may transmit the estimated transmission antenna correlation matrix, the number of primary channel elements, the location information of the primary channel elements, and the like before returning the channel information to the transmitter.

또한, 본 발명은 MISO 채널 정보를 기반으로 궤환 정보를 생성하기 때문에, MIMO 채널 정보를 적용하기 위하여 변환기(204)는 수신안테나 상관행렬의 첫번째 열벡터를 이용하여 MIMO 채널 정보를 MISO 채널 정보로 변환할 수 있다. 이후 이렇게 변환된 채널 정보를 이용하여 앞에서 설명된 방법과 동일하게 궤환 정보를 생성할 수 있다.In addition, since the present invention generates feedback information based on MISO channel information, in order to apply MIMO channel information, the converter 204 converts MIMO channel information into MISO channel information using the first column vector of the received antenna correlation matrix. can do. Thereafter, the feedback information may be generated using the channel information thus converted in the same manner as described above.

이하에서는, M개의 송신 안테나를 사용하여 K개의 부반송파(subcarrier)를 통해 신호를 전송하는 OFDM 시스템을 가정하는데, 우선 1개의 수신 안테나를 이용하는 경우를 예를 들어 설명한 후 N개의 수신안테나를 이용하는 경우를 고려하여 각각을 구분하여 설명한다.Hereinafter, assume an OFDM system that transmits signals through K subcarriers using M transmit antennas. First, a case of using one receive antenna will be described by using an example of N receive antennas. Consider each of them separately.

먼저, 본 발명에서 사용되는 공간 상관행렬과 주파수 상관행렬을 정의하면 다음과 같다. k번째 부반송파의 채널 벡터 h[k]=[h1[k]…hM[k]]T는 크기가 (M×1) 인 벡터로 표현할 수 있다. k개의 부반송파에 대한 채널 정보를 포함하는 크기가 (M×K)인 채널을

Figure 112008067125610-PAT00017
라고 하는 경우, 공간 상관행렬 또는 안테나 상관행렬은 다음의 [수학식 1]과 같이 정의할 수 있다.First, the spatial correlation matrix and the frequency correlation matrix used in the present invention are defined as follows. channel vector h [k] = [h 1 [k]. h M [k]] T can be expressed as a vector of size (M × 1). Channels of size (M × K) containing channel information for k subcarriers
Figure 112008067125610-PAT00017
In this case, the spatial correlation matrix or the antenna correlation matrix may be defined as shown in Equation 1 below.

[수학식 1] [Equation 1]

Figure 112008067125610-PAT00018
Figure 112008067125610-PAT00018

여기서, Q=[q 1q M]는 크기가 (M×M)인 유니터리 행렬(unitary matrix)을 의미하고, Λ=diag(λ1,…,λM)는 {λ1,…,λM}을 대각 원소로 갖는 크기가 (M×M)인 대각 행렬(diagonal matrix)을 의미하며, E{·}는 평균 연산자를 의미할 수 있다.Where Q = [ q 1 ... q M ] means a unitary matrix of size (M × M), and Λ = diag (λ 1 ,…, λ M ) is equal to {λ 1 ,... , λ M } means a diagonal matrix having a size of (M × M), and E {·} may mean an average operator.

또한, 시간 영역에서 q개의 독립적인 경로가 존재하여 그 중 i번째 경로의 이득이

Figure 112008067125610-PAT00019
인 경우 주파수 상관행렬은 다음의 [수학식 2]와 같이 정의할 수 있다.In addition, there are q independent paths in the time domain so that the gain of the i th path is reduced.
Figure 112008067125610-PAT00019
In this case, the frequency correlation matrix may be defined as shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112008067125610-PAT00020
Figure 112008067125610-PAT00020

여기서, Σ=diag(σ1,…,σq,0,…,0)은 첫번째 q개의 대각 원소가 {σ1,…,σq}을 의미하고 나머지 K-q개의 대각 원소가 0인 대각 행렬을 의미하며, F는 (i,j)번째 원소가

Figure 112008067125610-PAT00021
인 DFT 행렬을 의미할 수 있다.Here, Σ = diag (σ 1 ,…, σ q , 0,…, 0) has the first q diagonal elements of {σ 1 ,... , σ q } and a diagonal matrix with the remaining Kq diagonal elements equal to 0, where F is the (i, j) th element
Figure 112008067125610-PAT00021
May mean a DFT matrix.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 궤환 정보를 생성하기 위한 방법을 나타내는 제1 예시도이다.3 is a first exemplary diagram illustrating a method for generating feedback information according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 1개의 수신 안테나가 존재하는 MISO(Multi Input Single Output)인 경우, 수신기는 MISO 채널 정보를 추정하여(S310) 추정된 MISO 채널 정보 H를 DFT 행렬 F 및 송신 안테나 상관행렬 Q을 이용하여 다음의 [수학식 3]과 같이 변환할 수 있다(S320).As shown in FIG. 3, in the case of MISO (Multi Input Single Output) in which one receiving antenna exists, the receiver estimates MISO channel information (S310) and correlates the estimated MISO channel information H with the DFT matrix F and the transmitting antenna. Using the matrix Q can be converted as shown in Equation 3 below (S320).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure 112008067125610-PAT00022
Figure 112008067125610-PAT00022

수신기는 변환된 MISO 채널 정보 H w의 L개의 원소 즉, 주요 채널요소를 순서대로 나열하여 이루어진 벡터를 다음의 [수학식 4]와 같이 생성할 수 있다(S330).The receiver may generate a vector formed by sequentially listing L elements of the converted MISO channel information H w , that is, main channel elements, as shown in Equation 4 below (S330).

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112008067125610-PAT00023
Figure 112008067125610-PAT00023

여기서, [A]i,j는 행렬 A의 (i,j)번째 원소를 의미하며, πs(l) 및 πf(l)는 다음의 [수학식 5]를 만족하는 인덱스 번호를 의미할 수 있다.Here, [ A ] i, j means (i, j) th element of matrix A , and π s (l) and π f (l) are index numbers that satisfy the following Equation 5 Can be.

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112008067125610-PAT00024
Figure 112008067125610-PAT00024

이때, L은 수신기 내의 주요 채널요소 결정기에 의해 다음의 [수학식6]에 의하여 결정될 수 있다.In this case, L may be determined by the following Equation 6 by the main channel element determiner in the receiver.

[수학식 6]&Quot; (6) "

Figure 112008067125610-PAT00025
Figure 112008067125610-PAT00025

여기서, 상기 M은 송신안테나의 개수, 상기 K는 부반송파의 개수, 상기 q는 다중경로의 개수, 상기

Figure 112008067125610-PAT00026
은 i번째 다중경로의 이득, 상기
Figure 112008067125610-PAT00027
는 송신안테나 상관 행렬의 j번째 고유값, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 주요 채널요소의 l번째 인덱스 번호, 그리고
Figure 112008067125610-PAT00028
는 양자화 코드북(Ω)의 특징에 따른 상수 값을 의미하며, 다음의 [수학식 7]과 같이 얻을 수 있다.Where M is the number of transmit antennas, K is the number of subcarriers, q is the number of multipaths, and
Figure 112008067125610-PAT00026
Is the gain of the i multipath,
Figure 112008067125610-PAT00027
Is the j-th eigenvalue of the transmit antenna correlation matrix, π s (l) and π f (l) are the l-th index number of the main channel element, and
Figure 112008067125610-PAT00028
Denotes a constant value according to the characteristics of the quantization codebook, and can be obtained as shown in Equation 7 below.

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112008067125610-PAT00029
Figure 112008067125610-PAT00029

여기서,

Figure 112008067125610-PAT00030
을 의미하며, e는 평균이 0인 i.i.d. 가우시안(gaussian) 랜덤 변수를 원소로 하는 크기가 L인 벡터를 각각 의미할 수 있다.here,
Figure 112008067125610-PAT00030
E may mean a vector having a size L having an iid Gaussian random variable having an average of 0 as an element.

또한, 주요 채널요소의 위치정보는 {(πs(1),πf(1)), …,(πs(L),πf(L))}로 결정될 수 있다.In addition, the position information of the main channel elements is {(π s (1), π f (1)),... , (π s (L), π f (L))}.

이후, 수신기는 벡터

Figure 112008067125610-PAT00031
를 기 설정된 양자화 코드북(Ω)을 이용하여 다음의 [수학식 8]과 같이 양자화하여 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하고(S340), 생성된 궤환 정보를 송신기에 궤환할 수 있다(S350).Since, the receiver is a vector
Figure 112008067125610-PAT00031
By using the predetermined quantization codebook (Ω) to quantize as shown in [Equation 8] below to generate feedback information for the transmission beamforming (S340), the feedback feedback can be fed back to the transmitter (S350) .

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112008067125610-PAT00032
Figure 112008067125610-PAT00032

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 궤환 정보를 생성하기 위한 방법을 나타내는 제2 예시도이다.4 is a second exemplary diagram illustrating a method for generating feedback information according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, N개의 수신 안테나가 존재하는 MIMO(Multi Input Multi Output)인 경우 크기가 (M×N)인 k번째 부반송파의 채널 행렬을 HMIMO[k]라고 하는 경우, 수신안테나 상관행렬은 다음의 [수학식 9]와 같이 정의할 수 있다.As shown in FIG. 4, in the case of MIMO (Multi Input Multi Output) in which N receive antennas exist, when the channel matrix of the k-th subcarrier having a size (M × N) is H MIMO [k], the reception antenna The correlation matrix can be defined as in Equation 9 below.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112008067125610-PAT00033
Figure 112008067125610-PAT00033

여기서, Q r=[q r1q rN]은 크기가 (N×N)인 유니터리 행렬이고, Λ r=diag(λr,1,…,λr,N)은 크기가 (N×N)인 대각행렬이며, {λr,1,…,λr,N}는 λr,1≥…≥λr,N≥0와 같이 정렬될 수 있다.Where Q r = [ q r1 ... q rN ] is a unitary matrix of size (N × N), Λ r = diag (λ r, 1 ,…, λ r, N ) is a diagonal matrix of size (N × N), and {λ r , 1 ,… , lambda r, N } is lambda r, 1 ? ≧ λ r, N ≧ 0.

수신기는 MIMO 채널 정보를 추정하여(S410) 추정된 MIMO 채널 정보를 다음의 [수학식 10]과 같이 수신안테나 상관행렬 Q r의 첫번째 열벡터 qr1을 이용하여 크기가 (M×N)인 MIMO 채널 행렬을 크기가 (M×1)인 MISO 채널 행렬로 변환할 수 있 다(S420).The receiver estimates the MIMO channel information (S410) and uses the first MIMO vector q r1 of the reception antenna correlation matrix Q r as shown in [Equation 10] to calculate the MIMO channel information. The channel matrix may be converted into a MISO channel matrix having a size of (M × 1) (S420).

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112008067125610-PAT00034
Figure 112008067125610-PAT00034

수신기는 이렇게 생성된 가상의 MISO 채널 행렬 h'[k]을 이용하여 모든 부반송파에 대하여 크기가 (M×K)인 행렬을 다음의 [수학식 11]과 같이 얻을 수 있다.The receiver may obtain a matrix having a size of (M × K) for all subcarriers by using the generated MISO channel matrix h '[k] as shown in Equation 11 below.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112008067125610-PAT00035
Figure 112008067125610-PAT00035

이후, 수신기는 이렇게 생성된 채널 정보 H를 이용하여 앞의 도 3에서 설명한 방법과 동일한 과정을 통해 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성할 수 있다(S430~S460). 즉, 수신기는 채널 정보 H를 DFT 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환할 수 있다. 그리고 나서 수신기는 변환된 채널 정보의 주요 L개의 원소를 포함하는 벡터를 생성하고 그 벡터를 양자화하여 궤환 정보를 생성하여 이를 송신기에 궤환할 수 있다.Thereafter, the receiver may generate feedback information for transmission beamforming through the same process as the method described with reference to FIG. 3 using the generated channel information H (S430 to S460). That is, the receiver can convert the channel information H using a DFT matrix and a transmission antenna correlation matrix. Then, the receiver may generate a vector including the main L elements of the converted channel information, quantize the vector, generate feedback information, and feed it back to the transmitter.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 신호를 빔포밍하기 위한 방법을 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating a method for beamforming a transmission signal according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 송신기는 궤환 정보를 수신하여(S510) 수신된 궤환 정보를 기반으로 주요 L개의 원소를 해당 위치에 재 배열한 후 주요 L개의 원소를 제외한 나머지 원소들에 대해서는 0을 입력하여 변환된 채널 정보를 다음의 [수 학식 12]와 같이 얻을 수 있다(S520).As shown in FIG. 5, the transmitter receives feedback information (S510) and rearranges the major L elements at a corresponding position based on the received feedback information, and then zeros the remaining elements except for the major L elements. The converted channel information by input may be obtained as shown in Equation 12 below (S520).

이때, 송신기는 미리 알고 있던 송신안테나 상관행렬, 주요 채널요소의 수 및 주요 채널요소의 위치정보 등을 이용하여 궤환 정보를 기반으로 채널 정보의 원소를 재배열할 수 있다.At this time, the transmitter may rearrange the elements of the channel information based on the feedback information by using a known transmission antenna correlation matrix, the number of the main channel elements and the position information of the main channel elements.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112008067125610-PAT00036
Figure 112008067125610-PAT00036

여기서,

Figure 112008067125610-PAT00037
Figure 112008067125610-PAT00038
의 l번째 원소를 의미할 수 있다.here,
Figure 112008067125610-PAT00037
Is
Figure 112008067125610-PAT00038
It can mean the lth element of.

송신안테나 상관행렬 Q와 DFT 행렬 F를 이용하여 다음의 [수학식 13]과 같이 역변환할 수 있다(S530).The transmission antenna correlation matrix Q and the DFT matrix F may be inversely transformed as shown in Equation 13 below (S530).

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112008067125610-PAT00039
Figure 112008067125610-PAT00039

이후, 송신기는 역변환된 채널 정보를 기반으로 k번째 부반송파의 빔가중치 정보 w[k]를 다음의 [수학식 14]와 같이 생성한 후(S540), 생성된 빔가중치 정보를 이용하여 송신하고자 하는 데이터 또는 송신 신호를 빔포밍할 수 있다(S550).Subsequently, the transmitter generates beam weight information w [k] of the k th subcarrier based on the inverse transformed channel information as shown in Equation 14 below (S540), and then attempts to transmit using the generated beam weight information. Data or a transmission signal can be beamformed (S550).

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112008067125610-PAT00040
Figure 112008067125610-PAT00040

여기서,

Figure 112008067125610-PAT00041
Figure 112008067125610-PAT00042
의 k번째 열 벡터를 의미하며,
Figure 112008067125610-PAT00043
는 벡터 놈(norm)을 의미할 수 있다.here,
Figure 112008067125610-PAT00041
Is
Figure 112008067125610-PAT00042
The k-th column vector of,
Figure 112008067125610-PAT00043
May mean a vector norm.

이와 같이 본 발명은 OFDM 시스템에서 빔포밍 기법을 위한 채널 정보를 송신기로 전송함에 있어, 수신기는 주파수 상관관계 및 안테나 상관 관계를 이용하여 기존의 시스템보다 적은 궤환 정보량으로 송신 빔포밍을 위한 빔가중치를 생성할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 같은 궤환 정보량을 사용할 경우, 채널 정보를 더욱 정밀하게 추정할 수 있어 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the present invention transmits channel information for a beamforming scheme to an transmitter in an OFDM system, and the receiver uses a frequency correlation and an antenna correlation to transmit a beam weighting value for the transmission beamforming with a smaller amount of feedback information than the conventional system. Can be generated. Accordingly, the present invention can more accurately estimate channel information when using the same feedback information amount, thereby improving the performance of the system.

본 명세서에서 개시된 다중 안테나 빔을 생성하는 기능은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다.  컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.  컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다.  또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The function of generating the multi-antenna beam disclosed herein can be embodied as computer readable code on a computer readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of recording devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave (for example, transmission over the Internet). do. The computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.

본 발명에 의한, OFDM 시스템에서 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치 및 그 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.The channel information feedback apparatus and method for generating a multi-antenna beam in an OFDM system according to the present invention can be modified and applied in various forms within the scope of the technical idea of the present invention and are not limited to the above embodiments. In addition, the embodiments and drawings are merely for the purpose of describing the contents of the invention in detail, not intended to limit the scope of the technical idea of the invention, the present invention described above is common knowledge in the technical field to which the present invention belongs As those skilled in the art can have various substitutions, modifications, and changes without departing from the technical spirit of the present invention, it is not limited to the above embodiments and the accompanying drawings, of course, and not only the claims to be described below but also claims Judgment should be made including scope and equivalence.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 OFDM 시스템의 송수신기의 구성을 나타내는 예시도이다.1 is an exemplary view showing the configuration of a transceiver of an OFDM system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 궤환정보 생성기(120)의 상세한 구성을 나타내는 예시도이다.2 is an exemplary view showing a detailed configuration of the feedback information generator 120 shown in FIG.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 궤환 정보를 생성하기 위한 방법을 나타내는 제1 예시도이다.3 is a first exemplary diagram illustrating a method for generating feedback information according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 궤환 정보를 생성하기 위한 방법을 나타내는 제2 예시도이다.4 is a second exemplary diagram illustrating a method for generating feedback information according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 송신 신호를 빔포밍하기 위한 방법을 나타내는 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating a method for beamforming a transmission signal according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

100: 송신기100: transmitter

102: 빔가중치 적용부102: beam weight application unit

104: IDFT부104: IDFT unit

106: 보호구간 삽입기106: guard section inserter

128: 빔가중치 생성기128: beamweight generator

108-1, 108-M: 송신 안테나108-1, 108-M: transmit antenna

110: 수신기110: receiver

114: 보호구간 삭제기114: protector delete

116: DFT부116: DFT section

118: 수신신호 처리부118: reception signal processing unit

120: 궤환정보 생성기120: feedback information generator

112-1, 112-N: 수신 안테나112-1, 112-N: Receive Antenna

Claims (16)

추정된 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하는 변환기;A transformer for transforming the estimated channel information by using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmission antenna correlation matrix; 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하고 생성된 상기 벡터를 양자화 코드북을 기반으로 양자화하여 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하는 양자화기; 및A quantizer for generating a vector including a predetermined number of main channel elements of the converted channel information and quantizing the generated vector based on a quantization codebook to generate feedback information for transmission beamforming; And 생성된 상기 궤환 정보를 송신기에 궤환하는 궤환기Feedback for feedback the generated feedback information to the transmitter 를 포함하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.Channel information feedback device for generating a multi-antenna beam comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 변환기는,The converter, 상기 추정된 채널 정보를 상기 DFT 행렬을 이용하여 주파수 영역에서 시간 영역의 채널 정보로 변환하고,Converting the estimated channel information into frequency information in the frequency domain from the frequency domain using the DFT matrix; 상기 시간 영역으로 변환된 채널 정보를 상기 송신안테나 상관행렬을 이용하여 공간 직교 변환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.Channel information feedback apparatus for generating a multi-antenna beam, characterized in that for performing the spatial orthogonal transformation of the channel information transformed into the time domain using the transmission antenna correlation matrix. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 양자화기는,The quantizer is, 상기 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하되, 상기 기 설정된 개수 L은,A vector including a predetermined number of main channel elements of the converted channel information is generated, wherein the predetermined number L is 수학식
Figure 112008067125610-PAT00044
에 의해 구해지고, 여기서, 상기 M은 송신안테나의 개수, 상기 K는 부반송파의 개수, 상기 q는 다중경로의 개수, 상기
Figure 112008067125610-PAT00045
은 채널의 i번째 다중경로의 이득, 상기
Figure 112008067125610-PAT00046
는 송신안테나 상관 행렬의 j번째 고유값, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 주요 채널요소의 l번째 인덱스 번호, 그리고 상기
Figure 112008067125610-PAT00047
는 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00044
Where M is the number of transmit antennas, K is the number of subcarriers, q is the number of multipaths, and
Figure 112008067125610-PAT00045
Is the gain of the i-th multipath of the channel,
Figure 112008067125610-PAT00046
Is the j th eigenvalue of the transmit antenna correlation matrix, π s (l) and π f (l) are the l th index number of the primary channel element, and
Figure 112008067125610-PAT00047
The channel information feedback apparatus for generating a multi-antenna beam, characterized in that each means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook.
제3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기 πs(l) 및 πf(l)는,The π s (l) and π f (l), 수학식
Figure 112008067125610-PAT00048
에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00048
Channel information feedback device for generating a multi-antenna beam, characterized in that obtained by.
제3 항에 있어서,The method of claim 3, 상기
Figure 112008067125610-PAT00049
는,
remind
Figure 112008067125610-PAT00049
Quot;
수학식
Figure 112008067125610-PAT00050
에 의해 계산된 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미하고, 여기서, 상기
Figure 112008067125610-PAT00051
을 의미하며, 상기 e는 평균이 0인 i.i.d. 가우시안 랜덤 변수를 원소로 하는 크기가 L인 벡터를 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00050
Means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook calculated by
Figure 112008067125610-PAT00051
And e is a vector having a size L having an iid Gaussian random variable having an average of 0 as an element.
제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 변환기는,The converter, 상기 추정된 채널 정보가 MIMO(Multi Input Multi Output) 채널 정보이면, 상기 MIMO 채널 정보를 수신안테나 상관행렬의 첫번째 열벡터를 이용하여 MISO(Multi Input Single Output) 채널 정보로 변환하고,If the estimated channel information is MIMO channel information, the MIMO channel information is converted into MISO channel information using a first column vector of a reception antenna correlation matrix. 변환된 상기 MISO 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.And converting the transformed MISO channel information by using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmit antenna correlation matrix. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 송신안테나 상관행령과 수신안테나 상관행렬을 추정하는 안테나 상관행렬 추정기;An antenna correlation matrix estimator for estimating a transmission antenna correlation command and a reception antenna correlation matrix based on the estimated channel information; 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 다중경로 이득을 추정하는 다중경로 이득 추정기; 및A multipath gain estimator for estimating a multipath gain based on the estimated channel information; And 추정된 상기 다중경로 이득을 기반으로 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 결정하는 주요 채널요소 결정기A main channel element determiner for determining the number of the main channel elements and their location information based on the estimated multipath gain 를 더 포함하고, 상기 궤환부는 채널 특성이 변하는 경우에 상기 송신안테나 상관행렬, 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 상기 송신기에 궤환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.The feedback unit further includes a channel information feedback for generating a multi-antenna beam, wherein the transmission antenna correlation matrix, the number of main channel elements, and their position information are fed back to the transmitter when channel characteristics change. Device. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 송신기는,The transmitter, 상기 궤환 정보를 기반으로 채널 정보의 원소를 재배열하고,Rearrange elements of channel information based on the feedback information, 재배열된 상기 채널 정보를 송신안테나 상관행렬 및 DFT 행렬을 이용하여 역변환하며The rearranged channel information is inversely transformed using a transmission antenna correlation matrix and a DFT matrix. 역변환된 상기 채널 정보를 이용하여 빔가중치 정보를 생성하여 이를 기반으로 송신 신호를 빔포밍하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 장치.And generating beam weight information using the inversely transformed channel information and beamforming a transmission signal based on the information. 추정된 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상 관행렬을 이용하여 변환하는 단계;Transforming the estimated channel information by using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmit antenna correlation matrix; 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하고 생성된 상기 벡터를 양자화 코드북을 기반으로 양자화하여 송신 빔포밍을 위한 궤환 정보를 생성하는 단계; 및Generating a feedback including a predetermined number of primary channel elements of the converted channel information and quantizing the generated vector based on a quantization codebook to generate feedback information for transmission beamforming; And 생성된 상기 궤환 정보를 송신기에 궤환하는 단계Feedbacking the generated feedback information to a transmitter 를 포함하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.Channel information feedback method for generating a multi-antenna beam comprising a. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 변환하는 단계는,The converting step, 상기 추정된 채널 정보를 상기 DFT 행렬을 이용하여 주파수 영역에서 시간 영역의 채널 정보로 변환하고,Converting the estimated channel information into frequency information in the frequency domain from the frequency domain using the DFT matrix; 상기 시간 영역으로 변환된 채널 정보를 상기 송신안테나 상관행렬을 이용하여 공간 직교 변환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.The channel information feedback method for generating a multi-antenna beam, characterized in that for performing the spatial orthogonal transformation of the channel information transformed in the time domain using the transmission antenna correlation matrix. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,The method of claim 9 or 10, 상기 생성하는 단계는,The generating step, 상기 변환된 채널 정보의 기 설정된 개수의 주요 채널요소를 포함하는 벡터를 생성하되, 상기 기 설정된 개수 L은,A vector including a predetermined number of main channel elements of the converted channel information is generated, wherein the predetermined number L is 수학식
Figure 112008067125610-PAT00052
에 의해 구해지고, 여기서, 상기 M은 송신안테나의 개수, 상기 K는 부반송파의 개수, 상기 q는 다중경로의 개수, 상기
Figure 112008067125610-PAT00053
은 채널의 i번째 다중경로의 이득, 상기
Figure 112008067125610-PAT00054
는 송신안테나 상관 행렬의 j번째 고유값, 상기 πs(l) 및 πf(l)는 주요 채널요소의 l번째 인덱스 번호, 그리고 상기
Figure 112008067125610-PAT00055
는 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 각각 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00052
Where M is the number of transmit antennas, K is the number of subcarriers, q is the number of multipaths, and
Figure 112008067125610-PAT00053
Is the gain of the i-th multipath of the channel,
Figure 112008067125610-PAT00054
Is the j th eigenvalue of the transmit antenna correlation matrix, π s (l) and π f (l) are the l th index number of the primary channel element, and
Figure 112008067125610-PAT00055
The channel information feedback method for generating a multi-antenna beam, characterized in that each means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook.
제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기 πs(l) 및 πf(l)는,The π s (l) and π f (l), 수학식
Figure 112008067125610-PAT00056
에 의해 구해지는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00056
Channel information feedback method for generating a multi-antenna beam, characterized in that obtained by.
제11 항에 있어서,The method of claim 11, wherein 상기
Figure 112008067125610-PAT00057
는,
remind
Figure 112008067125610-PAT00057
Quot;
수학식
Figure 112008067125610-PAT00058
에 의해 계산된 양자화 코드북의 특징에 따른 상수 값을 의미하고, 여기서, 상기
Figure 112008067125610-PAT00059
을 의미하며, 상기 e는 평균이 0인 i.i.d. 가우시안 랜덤 변수를 원소로 하는 크기가 L인 벡터를 의미하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.
Equation
Figure 112008067125610-PAT00058
Means a constant value according to the characteristics of the quantization codebook calculated by
Figure 112008067125610-PAT00059
And e is a vector having a size L having an iid Gaussian random variable having an average of 0 as an element.
제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 변환하는 단계는,The converting step, 상기 추정된 채널 정보가 MIMO(Multi Input Multi Output) 채널 정보이면, 상기 MIMO 채널 정보를 수신안테나 상관행렬의 첫번째 열벡터를 이용하여 MISO(Multi Input Single Output) 채널 정보로 변환하고,If the estimated channel information is MIMO channel information, the MIMO channel information is converted into MISO channel information using a first column vector of a reception antenna correlation matrix. 변환된 상기 MISO 채널 정보를 DFT(Discrete Fourier Transform) 행렬과 송신안테나 상관행렬을 이용하여 변환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.And converting the transformed MISO channel information using a Discrete Fourier Transform (DFT) matrix and a transmit antenna correlation matrix. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 송신안테나 상관행령과 수신안테나 상관행렬을 추정하는 단계;Estimating a transmission antenna correlation command and a reception antenna correlation matrix based on the estimated channel information; 상기 추정된 채널 정보를 기반으로 다중경로 이득을 추정하는 단계; 및Estimating a multipath gain based on the estimated channel information; And 추정된 상기 다중경로 이득을 기반으로 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 결정하는 단계Determining the number of the main channel elements and their location information based on the estimated multipath gain 를 더 포함하고, 상기 궤환하는 단계는 채널 특성이 변하는 경우에 상기 송신안테나 상관행렬, 상기 주요 채널요소의 개수 및 그 위치정보를 상기 송신기에 궤환하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.The method may further include the step of returning the channel to the transmitter when the channel characteristics change, wherein the transmission antenna correlation matrix, the number of main channel elements, and their position information are fed back to the transmitter. Information feedback method. 제9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 송신기는,The transmitter, 상기 궤환 정보를 기반으로 채널 정보의 원소를 재배열하고,Rearrange elements of channel information based on the feedback information, 재배열된 상기 채널 정보를 송신안테나 상관행렬 및 DFT 행렬을 이용하여 역변환하며,The rearranged channel information is inversely transformed using a transmission antenna correlation matrix and a DFT matrix, 역변환된 상기 채널 정보를 이용하여 빔가중치 정보를 생성하여 이를 기반으로 송신 신호를 빔포밍하는 것을 특징으로 하는 다중 안테나 빔을 생성하기 위한 채널 정보 궤환 방법.And generating beam weight information using the inversely transformed channel information and beamforming a transmission signal based on the information.
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