KR101221023B1 - Method for generating differential codebook using temporally correlated in multiple input multiple output antenna transmission channels, and thereof recording medium - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 송신 안테나를 이용한 이동통신 시스템에서 선부호화 방식의 기술을 적용할 때 사용할 수 있는 새로운 차분(差分, differential) 코드북에 관한 것으로, 본 발명은 선 부호화 방식을 지원하며, 복수의 송신 안테나를 갖는 송신장치와 복수의 수신 안테나를 갖는 수신장치가 소정의 차분 코드북을 기반으로 통신하는 다중 송수신 안테나 시스템에서의 차분 코드북 생성 방법에 있어서, 상기 다중 송수신 안테나 시스템에서 LTE(long term evolution) 시스템에서 정의하는 규격에 맞는 성운으로 표기하는 단계, 상기 성운으로 표기된 코드워드들 중에서 모든 인자를 1로 하는 코드워드를 중심으로 코드워드를 검색하는 단계, 상기 검색된 코드워드를 중심으로 미리 정해진 코드북 크기만큼의 코드워드를 선택하는 단계 및 상기 선택된 코드워드들로 이루어진 차분 코드북을 생성하는 단계를 포함한다. 본 발명에 의하면 차분 코드북을 이용하여 시간 상관성 페이딩 채널에서 채널의 전체 영역을 양자화하는 대신 일부 영역을 양자화할 수 있으므로, 전체적으로 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention relates to a new differential codebook that can be used when applying a precoding technique in a mobile communication system using a multiplex transmission antenna. The present invention supports a line encoding scheme, and a plurality of transmit antennas. A differential codebook generation method in a multiple transmit / receive antenna system in which a transmitter having a receiver and a receiver having a plurality of receive antennas communicate based on a predetermined differential codebook, the method comprising: a long term evolution (LTE) system in the multiple transmit / receive antenna system Marking as a nebula conforming to a defining standard, searching for a codeword centering on a codeword of which all factors are 1 among the codewords represented by the nebula, and as much as a predetermined codebook size based on the searched codeword Selecting a codeword and using the selected codewords Eojin includes generating a difference code book. According to the present invention, instead of quantizing the entire area of the channel in the time-correlated fading channel using the differential codebook, some areas can be quantized, thereby increasing the system capacity as a whole.
      
Description
          본 발명은 다중 송신 안테나를 이용한 이동통신 시스템에서 선부호화 방식의 기술을 적용할 때 사용할 수 있는 새로운 차분(差分, differential)  코드북에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시간 상관을 갖는 다중 송수신 채널에서 채널 공간 전체를 양자화 하지 않고, 어느 일정한 반지름을 갖는 구면 캡(spherical cap) 만을 양자화하는 코드북(spherical cap codebook)에 관한 것이다. 특히, 기존의 구면 캡(spherical cap) 코드북의 복잡한 설계방법 및 적용 방법과는 달리, LTE(long term evolution) 또는 LTE-A(LTE-Advanced) 시스템의 코드북 생성 특징인 8-PSK 성상 활용 및 nested 특성(property) 등을 그대로 유지하면서도 코드북의 성능을 향상시키는 새로운 차분 코드북 생성 방법 및 이를 지원하는 이동 통신 시스템의 운용에 관한 방법 및 이를 지원하기 위한 송신 및 수신 장치에 관한 것이다.
 The present invention relates to a new differential codebook that can be used when the precoding scheme is applied in a mobile communication system using multiple transmit antennas. More specifically, the present invention relates to a channel space in a multiple transmit / receive channel having a time correlation. A spherical cap codebook which quantizes only a spherical cap having a certain radius without quantizing the whole. In particular, unlike the complicated design and application of the spherical cap codebook, 8-PSK constellation, which is a feature of codebook generation of long term evolution (LTE) or LTE-Advanced (LTE-A) system, is used and nested. A method for generating a new differential codebook for improving the performance of a codebook while maintaining properties and the like, a method for operating a mobile communication system supporting the same, and a transmitting and receiving device for supporting the same. 
 
      
최근 다중 송수신 무선 안테나 채널을 블록 페이딩 채널-송신 데이터의 한 블록 구간에서 페이딩 채널 계수는 일정하고 다른 블록 구간의 페이딩 채널 계수들과는 서로 독립임을 가정한 모델-로 모델링 하지 않고, 실제의 채널에서 발생하는 시간 상관성을 활용한 차분 코드북이 제안되었고, 블록 페이딩 채널을 가정한 코드북에 비해 매우 우수한 채널 용량 성능을 보인다. 이 때, 채널 상태 정보의 시간 상관(相關, temporal correlation)을 반드시 고려하되, 신호의 전송 블록 구간에서는 일정한 채널 계수를 가진다고 가정한다. Recently, the multiplexed transmit / receive wireless antenna channel is not modeled as a block fading channel—a model that assumes that fading channel coefficients are constant and independent of fading channel coefficients of other block intervals in one block section of transmission data. A differential codebook using time correlation has been proposed and shows very good channel capacity performance compared to the codebook assuming a block fading channel. In this case, the temporal correlation of the channel state information must be considered, but it is assumed that the channel state information has a constant channel coefficient in the transport block section.
시간 상관을 활용한 기존의 연구는 피드백 비트를 압축(壓縮, compression)하는 방법 또는 가변 피드백 비트 방법, 채널 부공간 (channel subspace) 추적 방법, Perturbation 및 사영 기반(projection-based)의 적응 방법 등이 제안되었다. Existing researches using temporal correlation include the method of compressing feedback bits or variable feedback bit methods, channel subspace tracking methods, perturbation, and projection-based adaptation methods. Proposed.
차분 코드북과 관련된 최근의 연구로는 준(準) 대각행렬을 컴퓨터를 이용하여 도플러 주파수에 맞게 찾는 방법과, 차분 회전 행렬을 perturbation으로 구하고 Procrustes 직교화 혹은 Gram-Schmidt 직교화로 최적의 차분 코드북을 구하는 방법이 제안되었다. Recent studies related to differential codebooks include the method of finding quasi-diagonal matrices for the Doppler frequency using a computer, the perturbation of differential rotation matrices, and the optimal differential codebooks by Procrustes orthogonalization or Gram-Schmidt orthogonalization. The method has been proposed.
이러한 최근 연구는 채널 계수의 전체 공간을 양자화 하지 않고, 일부인 구면 캡(spherical cap) 만을 양자화 함으로 채널 용량을 더 향상시킬 수 있다. 그러나 채널의 시간 상관 정도(도플러 주파수)에 따라 많은 시간 동안 코드북을 찾아야 하는 문제가 있다. These recent studies can further improve the channel capacity by quantizing only the spherical cap, which is a part, without quantizing the entire space of the channel coefficients. However, there is a problem that the codebook has to be searched for many hours depending on the degree of time correlation (Doppler frequency) of the channel.
         즉, 특정 도플러 주파수에 맞는 차분 코드북을 생성하기 위해서는 상당히 오랫동안 'exhausted search' 라고 불리는 컴퓨터를 이용한 최적화 과정이 필요하다. 그리고 LTE 시스템의 코드북 설계 원칙인 단순한 선부호화 및 복호 계산을 위한 8-PSK 성상을 코드북의 원소로 하는 것을 지킬 수 없으므로, 송수신기의 복잡도가 증가하고, PAPR(peak-to-average power ratio)이 증가하는 문제가 있다.  
 In other words, the generation of a differential codebook for a specific Doppler frequency requires a computer-based optimization process called 'exhausted search' for quite some time. In addition, since the 8-PSK constellation for simple precoding and decoding calculation, which is the codebook design principle of the LTE system, cannot be kept as an element of the codebook, the complexity of the transceiver is increased and the peak-to-average power ratio (PAPR) is increased. There is a problem. 
 
      
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고정된 채널 상태 정보의 피드백 비트 수를 가정하고, 실제 무선 채널에서 반드시 발생하는 시간 상관을 고려하여, 다중 송신 안테나를 이용한 이동통신 시스템에서 기존에 제안된 차분 코드북 관련 방법보다 설계방법이 보다 간단하면서 성능도 거의 비슷한 개선된 새로운 차분 코드북 설계 알고리즘을 제안하고, 이를 이용한 새로운 선부호화 기법을 제공하는 데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, assuming that the number of feedback bits of the fixed channel state information, in consideration of the time correlation that must occur in the actual wireless channel, in a mobile communication system using multiple transmit antennas The purpose of this paper is to propose an improved new differential codebook design algorithm, which is simpler than the previously proposed differential codebook method and has almost the same performance, and to provide a new precoding method using the same.
이를 통해 본 발명은 제한된 피드백 통신 시스템의 시스템 용량, 링크 레벨 및 시스템 레벨 성능, 송수신기 복잡도, 송신 PAPR등의 요소를 동시에 고려했을 때 최적의 성능 트레이드오프(tradeoff)를 보이는 코드북을 설계하는 것을 최종 목표로 한다. 구체적으로는 LTE 이동통신 시스템의 코드북 생성 원칙을 그대로 따르면서 기존의 차분 코드북의 성능을 유지하는 기법을 제안하는 것이다.Accordingly, the present invention aims to design a codebook that shows an optimal performance tradeoff when considering factors such as system capacity, link level and system level performance of a limited feedback communication system, transceiver complexity, and transmission PAPR simultaneously. Shall be. Specifically, a technique for maintaining the performance of the existing differential codebook is proposed while following the codebook generation principle of the LTE mobile communication system.
           본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
 The object of the present invention is not limited to the above-mentioned object, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description. 
 
        
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 선 부호화 방식을 지원하며, 복수의 송신 안테나를 갖는 송신장치와 복수의 수신 안테나를 갖는 수신장치가 소정의 차분 코드북을 기반으로 통신하는 다중 송수신 안테나 시스템에서의 차분 코드북 생성 방법에 있어서, 상기 다중 송수신 안테나 시스템에서 LTE(long term evolution) 시스템에서 정의하는 규격에 맞는 성운으로 표기하는 단계, 상기 성운으로 표기된 코드워드들 중에서 모든 인자를 1로 하는 코드워드를 중심으로 코드워드를 검색하는 단계, 상기 검색된 코드워드를 중심으로 미리 정해진 코드북 크기만큼의 코드워드를 선택하는 단계 및 상기 선택된 코드워드들로 이루어진 차분 코드북을 생성하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention supports a line encoding method, and in a multiple transmit / receive antenna system in which a transmitter having a plurality of transmit antennas and a receiver having a plurality of receive antennas communicate based on a predetermined differential codebook. A method of generating a differential codebook, the method comprising: marking a nebula conforming to a standard defined in a long term evolution (LTE) system in the multiple transmit / receive antenna system, centering on a codeword having all factors of 1 among the codewords represented by the nebula; Searching for a codeword, selecting a codeword corresponding to a predetermined codebook size based on the found codeword, and generating a differential codebook consisting of the selected codewords.
상기 LTE 시스템에서 정의하는 규격에 맞는 성운은 8-PSK 성운인 것이 바람직하다. The nebula meeting the standard defined in the LTE system is preferably an 8-PSK nebula.
상기 코드워드를 선택하는 단계는, 모든 인자가 1인 선부호화 벡터를 F1이라고 할 때, F1을 중심 선부호화 행렬로 선택하는 단계, 상기 8-PSK 성운으로 발생 가능한 모든 선부호화 행렬과 F1간의 코들 거리(Chordal distance)를 구하는 단계 및 상기 코들 거리가 최소인것부터 순차적으로 코드워드를 선택하되, 미리 정해진 코드북 사이즈인 N개까지 선택하는 단계를 포함할 수 있다.The step of selecting the codeword is, when a precoding vector having all factors 1 is F 1 , selecting F 1 as a central precoding matrix, all precoding matrices and Fs that can be generated by the 8-PSK nebula. The method may include obtaining a chordal distance between 1 and sequentially selecting codewords from the minimum noseband distance to selecting N codewords having a predetermined codebook size.
Fdiff는 차분 코드북이고, Fτ는 시간 인덱스가 τ일 때의 코드북이고, 이고, ρ는 신호대잡음비(SNR) 이고, 은 Ms×Ms 크기의 단위 행렬 (identity matrix)이고, Ms는 송신단 내 공간 스트림 수이고, < · > 연산은 Hadamard product 연산을 의미할 때, 상기 다중 송수신 안테나 시스템에서 공유되는 차분 코드북은 의 수학식을 이용하여 매 시간 인덱스에서 업데이트될 수 있다.F diff is the differential codebook, F τ is the codebook when the time index is τ, Ρ is the signal-to-noise ratio (SNR), Is an identity matrix of size M s × M s , M s is the number of spatial streams in the transmitting end, and when a <·> operation means a Hadamard product operation, the differential codebook shared in the multiple transmit / receive antenna system is It can be updated at each time index using the equation of.
Fτ는 시간 τ 일 때의 피드백을 위한 최적의 선부호화 행렬 지시자를 결정하기 위해 생성된 새로운 코드북(new generated codebook at time τ)이고, PMIτ는 시간 τ일 때 생성된 코드북에서 결정된 최적의 선부호화 행렬 지시자로 정의할 때, 의 수학식을 만족할 수 있다.F τ is a new generated codebook at time τ to determine the optimal precoding matrix indicator for feedback at time τ, and PMI τ is the optimal line determined from the codebook generated at time τ When defined as a coding matrix indicator, May satisfy the following equation.
           τ=0일 경우, 기존 QEGT 특징을 갖는 임의의 코드북을 초기 코드북 Finitial로 지정하여 최적의 선부호화 행렬지시자를 선택하며, 의 수학식을 이용하여 최적의 선부호화 행렬 값 Fτ가 결정될 수 있다.
 When τ = 0, an arbitrary codebook having the existing QEGT feature is designated as an initial codebook F initial to select an optimal precoding matrix indicator.  The optimal precoding matrix value F τ may be determined using the equation of. 
 
        
본 발명에 의하면 차분 코드북을 이용하여 시간 상관성 페이딩 채널에서 채널의 전체 영역을 양자화하는 대신 일부 영역을 양자화할 수 있으므로, 전체적으로 시스템 용량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, instead of quantizing the entire area of the channel in the time-correlated fading channel using the differential codebook, some areas can be quantized, thereby increasing the system capacity as a whole.
           특히 본 발명은 LTE 코드북 생성 특징인 8-PSK 성운을 인자로 하고, 동이득 전송 특정을 가지며 높은 랭크의 코드북에서 nested 특징을 갖는 차분 코드북으로서, LTE 시스템과도 호환될 수 있는 코드북이라는 장점이 있다. 
 In particular, the present invention is a differential codebook having 8-PSK nebula, which is a feature of LTE codebook generation, as a factor, has a gain-specific transmission, and has a feature nested in a high-rank codebook. . 
 
        
         도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자를 지원하는 차분 코드북을 이용한 폐루프 방식의 다중 안테나 시스템을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 상관성 채널에서 피드백 타이밍을 고려, 일반적인 차분 코드북을 이용한 선부호화 행렬 지시자 (pre- coding matrix indicator)를 나타낸 설명도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 코드북 생성 방법을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 안테나 수 4, 송신단 내 공간 스트림 수는 1에서 4, 그리고 코드북 크기가 16인 제안하는 코드북의 한 예를 보여주는 도표이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선부호화 방식의 다중 안테나 시스템에서 시간의 변화에 따라 차분 코드북이 업데이트되는 것을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 코드북을 선부호화 과정에 이용할 경우 채널 용량(channel capacity)을 나타낸 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 선부호화 기법의 동작 예시도이다.1 is an exemplary view showing a closed loop multiple antenna system using a differential codebook supporting multiple users according to an embodiment of the present invention. 
 FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a pre-coding matrix indicator using a general differential codebook in consideration of feedback timing in a time correlation channel according to an embodiment of the present invention. 
 3 is a flowchart illustrating a method of generating a differential codebook according to an embodiment of the present invention. 
 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a proposed codebook having a number of 
 FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating that a differential codebook is updated with a change in time in a multi-antenna system of a pre-coding method according to an embodiment of the present invention. 
 FIG. 6 is an explanatory diagram showing channel capacity when a differential codebook is used for a precoding process according to an embodiment of the present invention. 
 7 is an exemplary operation diagram of a differential precoding technique according to an embodiment of the present invention.
      
이하, 첨부된 도면을 참조해서 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used for the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In addition, throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, without excluding the other components unless otherwise stated. .
하기의 설명에서 본 발명의 코드북을 이용한 다중 안테나 시스템에서 개선된 차분 코드북 생성 기법의 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.In the following description, specific details of the improved differential codebook generation technique in the multiple antenna system using the codebook of the present invention are shown to provide a more general understanding of the present invention, without these specific details and also by the modifications thereof. It will be apparent to one of ordinary skill in the art that this may be readily implemented.
후술 될 본 발명의 실시 예를 위한 구체적인 내용에서는 선 부호화 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보에 따른 송신장치에서 시간 상관성 채널에서 피드백 타이밍을 고려하여, 차분 코드북 인덱스를 매핑하는 일반적인 과정에 관해 살펴볼 것이다. 그리고 매핑을 위해 기존에 제안되었던 일반적인 차분 코드북 생성 방법에 대해 살펴보도록 한다. 그리고 코드북 내 인덱스를 구성하는 코드워드의 위상을 채널 상관성 계수를 이용해 페이딩 채널 내 전체 영역 중 특정 영역만으로 세분화시키는 것인 본 발명에서 제안하는 새로운 차분 코드북의 생성과정과 이를 선부호화 시스템에 적용시키는 방법에 대해서 살펴보도록 한다.In the following description, a general process of mapping differential codebook indices in consideration of feedback timing in a time correlation channel in a transmitter according to feedback information in a multi-antenna system supporting a line encoding scheme will be described below. will be. In addition, we will look at the general differential codebook generation method proposed previously for mapping. In addition, the process of generating a new differential codebook proposed in the present invention, which divides the phase of the codeword constituting the index in the codebook into a specific region of the entire region in the fading channel using the channel correlation coefficient, and a method of applying the same to the precoding system Let's take a look at.
먼저 선부호화 방식을 지원하는 다중 안테나 시스템에서 피드백 정보에 따른 송신장치에서의 차분 코드북 인덱스를 매핑하는 일반적인 과정에 관해 설명한다.First, a general process of mapping a differential codebook index in a transmitter according to feedback information in a multi-antenna system supporting a precoding scheme will be described.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 사용자를 지원하는 차분 코드북을 이용한 폐루프 방식의 다중 안테나 시스템을 보인 예시도이다.1 is an exemplary view showing a closed loop multiple antenna system using a differential codebook supporting multiple users according to an embodiment of the present invention.
         도 1에서는 하나의 송신장치(110)와 하나의 수신장치(120)로 구성된다. 다중 송신 안테나를 이용한 이동통신 시스템의 하향 링크에서 송신장치(110)는 기지국이라 가정할 수 있으며, 수신장치(120)는 이동 단말이라 가정할 수 있다. 하나의 기지국에 다수의 수신 장치도 연결될 수 있다. 다중 송신 안테나를 이용한 이동통신 시스템의 상향 링크에서 송신장치(110)는 이동 단말이라 가정할 수 있으며, 하나의 수신장치(120)는 기지국이라 가정할 수 있다. 하기의 설명은 두 개 이상의 수신장치에 대해서도 동일하게 적용되는 것으로 간주한다.In FIG. 1, one 
         수신장치(120)는 각 데이터 스트림에 대응한 채널 상태 정보를 추정하여 선부호 행렬 양자화 및 코드북 업데이트를 수행한다. 양자화된 피드백 정보는 송신장치(110)로 전송된다. 이 때, 피드백 정보는 시간 τ에서의 선부호화 행렬 Fτ를 잘 설정할 수 있도록 하는 선부호화 행렬 지시자(precoding matrix indicator, PMI)를 포함하여, 채널의 퀄리티 정보를 알려주는 채널 퀄리티 지시자(channel quality indicator, CQI), 채널 행렬을 이용하여 공간 다중화 기법이 적용 가능한지 여부와, 가능하다면 몇 개의 랭크(rank)를 통해 신호 스트림을 보낼 수 있는지 알려주는 랭크 지시자(rank indicator, RI)등을 포함할 수 있다. The 
         송신장치(110)는 모든 수신장치(120)로부터 피드백 정보를 수신한다. 송신장치(110)는 피드백 정보에 의해 적어도 하나의 사용자(즉, 수신장치)를 선택한다. 여기서 선택되는 사용자의 수는 동작 모드에 의해 결정될 수 있다. 동작 모드는 단일 사용자 모드(single-user mode)와 다중 사용자 모드(multi-user mode)로 구성된다. 단일 사용자 모드에서는 하나의 사용자가 선택되며, 다중 사용자 모드에서는 복수의 사용자들이 선택된다. 동작 모드는 피드백 정보를 기반으로 하여 결정한다. The 
         그리고, 송신장치(110)는 피드백 정보 CQI에 의해 변조 및 부호화 선택 레벨 (Modulation & Coding Selection Level; MCS 레벨)을 결정한다. MCS 레벨을 결정할 시, 수신측의 신호 검출 기법, 동작 모드 등을 고려할 수 있다. 피드백 정보 RI에 의해, 선택된 사용자를 지원하는 데이터 스트림의 수 등을 추가로 고려할 수 있다.The 
         송신장치(110)는 결정된 MCS 레벨에 의해 부호화 및 변조 방식을 지정하고, 지정된 부호화 및 변조 방식을 사용하여 선택된 적어도 하나의 사용자에 대응한 데이터 스트림을 전송한다.The 
         이를 위해 수신장치(120)는 적어도 하나의 수신 안테나를 가진 복호 및 채널 추정부(122), 선부호행렬 양자화(124), 그리고 코드북 업데이트(126)로 구성된다. 그리고, 송신장치(110)는 채널 부호 및 변조기(112), 선부호화기(114), 선부호행렬 업데이트(116), 그리고 코드북 업데이트(118)로 구성된다.To this end, the 
         수신장치(120)를 살펴보면, 적어도 하나의 수신 안테나로부터 수신된 신호는 복호 및 채널 추정부(122)로 입력된다. Referring to the 
         복호 및 채널 추정부(122)는 미리 설정된 신호 검출 기법에 의해 수신신호로부터 데이터 스트림 각각에 대응한 채널 특성을 추정한다. 이 때, 채널의 전체 특성은 CN(0,1) 분포이며, 시간 블록 간에는 시간 상관이 있는 페이딩을 가정한다. 즉, 무선 채널 모델에서의 페이딩 현상은 도플러 주파수에 따른 시간 상관을 가진다고 가정한다. 랭크(rank)가 2 이상인 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 전송일 경우는 신호 검출 기법으로는 선형 검출 기법과 비선형 검출 기법이 존재한다. 선형 검출 기법의 대표적인 예로 ZF(zero forcing), MMSE(minimum mean square error), ML(maximum likelihood) 기법이 있으며, 비선형 검출 기법의 대표적인 예로 SIC(serial interference cancellation) 기법이 있다. The decoding and 
         채널 추정부(122)에 의해 추정된 수신신호의 채널 특성 행렬은 선부호행렬 양자화(124)로 제공되어 양자화 된다. 양자화된 채널 정보의 인덱스는 선부호화 행렬 지시자(PMI) 정보가 되어 피드백된다. 한편 차분 코드북 기법에서는 현재의 선부호화 행렬이 차분 코드북을 업데이트(126) 하게 된다.The channel characteristic matrix of the received signal estimated by the 
         송신장치(110)로 피드백된 PMI 정보는 코드북 사이즈가 N일 때, log2N 비트를 갖는 코드북의 인덱스이다. The PMI information fed back to the 
         송신장치(110)에서는 수신된 PMI를 이용하여 선부호행렬 선택(116)을 하고, 선택된 선부호화 행렬을 이용하여 코드북 업데이트(118)를 수행한다. 선택된 선부호화 행렬은 채널부호 및 변조기(112) 출력신호와 행렬 곱하기되어 선부호화기(114)에서 출력된다. The 
초기 동작을 살펴보면 시간 τ=0인 경우는 이전에 추정된 MIMO 채널 상태 정보가 없으므로, 기존의 성능이 우수한 코드북을 사용하여 선부호화 행렬을 구한다. 시간 τ=1인 경우에는 이전에 추정된 MIMO 채널 정보를 이용하여 얻어진 선부호화 행렬을 중심으로, 본 발명에서 제안하는 차분 코드북을 적용하여 새로운 선부호화 행렬을 구하고, 차분 코드북을 업데이트한다. 이후에는 마찬가지 방법으로 차분 코드북을 활용하고, 피드백 에러가 누적되어 성능이 저하되는 것을 대비하여 코드북 리프레쉬(refresh) 구간을 설정할 수 있다.In the initial operation, since time τ = 0, since there is no previously estimated MIMO channel state information, a precoding matrix is obtained using a conventional codebook having excellent performance. In the case of time τ = 1, a new precoding matrix is obtained by applying the differential codebook proposed in the present invention centering on the precoding matrix obtained using previously estimated MIMO channel information, and the differential codebook is updated. Thereafter, the differential codebook may be used in the same manner, and a codebook refresh period may be set in order to reduce performance due to accumulation of feedback errors.
         시간 τ에서의 코드북은 하기 수학식 1과 같다. 코드북의 사이즈는 N이며 코드북의 원소인 코드워드들은 각각 Mt×Ms 크기의 행렬이다. 이때 Mt는 송신 안테나 수, Ms는 송신 데이터 스트림 수이다.The codebook at time τ is shown in 
        
         시간 τ에서 최적의 코드워드를 찾는 방법은 시스템 용량(capacity)를 최대화하거나, 신호대잡음비(signal-to-noise power ratio, SNR)을 최대화하거나, 수신 비트오율(bit error rate, BER)을 최소화는 하는 방법이 있다. 그 중 시스템 용량을 최대화 하는 방법의 수식은 하기 수학식 2와 같다.
 Finding the best codeword at time τ can maximize system capacity, maximize signal-to-noise power ratio (SNR), or minimize received bit error rate (BER). There is a way. Among them, the formula of the method for maximizing the system capacity is shown in 
 
      
        
         이때, ρ는 신호대잡음비(SNR) 이며,  은 Ms×Ms 크기의 단위 행렬 (identity matrix)이다. 그리고 Ms는 송신단 내 공간 스트림 수이다.
 Where ρ is the signal-to-noise ratio (SNR),  Is an identity matrix of size M s × M s . And M s is the number of spatial streams in the transmitter. 
 
      
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간 상관성 채널에서 피드백 타이밍을 고려, 일반적인 차분 코드북을 이용한 선부호화 행렬 지시자 (pre- coding matrix indicator)를 나타낸 설명도이다.FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a pre-coding matrix indicator using a general differential codebook in consideration of feedback timing in a time correlation channel according to an embodiment of the present invention.
         도 2를 참조하면, 블록 페이딩이 아닌 채널의 시간 상관성을 고려할 경우 시간 τ일 때의 선부호화 행렬값 Fτ는 이전 선부호화 행렬값인 Fτ-1과 제안하는 차분 코드북를 이용해 하기 <수학식 3>과 같은 최적의 선부호화 행렬값을 결정한다. 이때, 차분 코드북은 Fdiff={F1,...,FN}로 표현된다. 시간 τ에서의 최적의 선부호화 행렬 지시자인 nopt (1 ≤ nopt ≤ N)는 <수학식 2>를 이용하여 선택한다.Referring to FIG. 2, when considering the time correlation of a channel other than block fading, the precoding matrix value F τ at time τ is determined using the previous precoding matrix value F τ-1 and the proposed differential codebook. Determine the optimal precoding matrix value such as>. In this case, the differential codebook is represented by F diff = {F 1 , ..., F N }. The optimal precoding matrix indicator n opt (1 ≦ n opt ≦ N) at time τ is selected using 
        
이상의 과정을 통해 선택된 최적의 선부호화 행렬 지시자는 통상적으로 송신기 및 수신기에서 동일하게 저장되어 있는 코드북의 인덱스 형태로 즉, 비트의 정보로 피드백된다.The optimal precoding matrix indicator selected through the above process is typically fed back in the form of an index of the codebook, that is, stored in the transmitter and the receiver, that is, the information of bits.
         수신장치(120)는 선부호화행렬 양자화(124) 및 코드북 업데이트(126)에서 선부호화행렬을 선택하고 코드북을 업데이트한다. 생성된 피드백 정보는 송신장치(110)로 전송한다. The receiving 
         수신장치(120)에 의한 피드백 정보의 전송은 주기적으로 전송된다. 그러나 전송 시점을 결정하는 요소들이 송신장치(110)와 수신장치(120) 간에 사전에 약속된다면, 피드백 정보를 비주기적으로 전송하는 것도 가능하다.Transmission of the feedback information by the 
         송신장치(110)를 살펴보면, 수신장치(120)와 마찬가지로 선부호화행렬 선택(116) 및 코드북업데이트(118)에서 선부호화 행렬을 선택하고 코드북을 업데이트한다. 선택된 선부호화 행렬은 선부호화기(114)에서 선부호화 된다.Referring to the 
송신장치의 동작 모드는 단일 사용자 모드뿐만 아니라 다중 사용자 모드로 동작할 수 있다. The operation mode of the transmitter may operate in a multi-user mode as well as a single user mode.
         본 발명에서 제안하는 코드북과 관련있는 차분 코드북의 하나는 하기 <수학식 4>를 기반으로 준(準) 대각행렬 기반의 코드북을 생성하는 것이다. One of the differential codebooks related to the codebook proposed in the present invention is to generate a quasi-diagonal matrix-based codebook based on 
        
는 random unitary 행렬로써 UHU=I 를 만족하며, 역시 random unitary 행렬이며, Δt 가 작다면 준(準) 대각행렬 특성을 만족하게 된다. Is a random unitary matrix satisfying U H U = I, It is also a random unitary matrix, and if Δt is small, the quasi-diagonal matrix characteristics are satisfied.
         또 다른 기존의 차분 코드북은 시간 상관성에 따른 임의의 채널 영역에 근접한 일부 영역인 구면 캡(spherical cap)에 제한된 차분 코드북을 하기 <수학식 5> 내지 <수학식 7>의 과정을 통해 생성하는 회전 행렬 기법이다.Another existing differential codebook is a rotation generated by the process of the following 
        
은 N개의 후보자 회전 행렬을 가지는 코드북이며, 많은 후보자 코드북 중 선부호화 행렬들(코드워드들) 간의 최소 거리가 최대가 되는 코드북을 차분코드북 설계에 사용한다. Is a codebook having N candidate rotation matrices, and among the many candidate codebooks, a codebook in which the minimum distance between precoding matrices (codewords) is the largest is used for differential codebook design.
         선택된 코드북을 이용해서 시간 상관성 계수 ε를 이용한 <수학식 6>을 수행한다. ε은 0.991~0.999의 값을 갖으며, 이에 따라 코드북 설계가 달라지게 된다.
 
 
      
        
           은 MT×MT 크기의 단위 행렬이다. <수학식 6>의 결과를 이용하여, <수학식 7>의 Procrustes 직교화 혹은 일반적인 Gram-Schmidt 직교화를 통해 최종적으로 시간 상관성 채널에 적합한 차분 코드북 을 생성한다.
   Is an identity matrix of size M T × M T. Using the result of 
 
      
        
이상에서 설명한 기존의 차분코드북은 시간 상관 채널에서 인접 채널 정보 Ht와 Ht +Δt는 그 특성이 크게 변화하지 않으므로, 채널의 전제 영역이 아닌 일부 영역인 구면 캡(spherical cap)에서 양자화된 코드북을 이용하므로 개선된 선부호화 과정을 수행할 수 있어 전체 시스템 성능은 향상된다. In the conventional differential codebook described above, the adjacent channel information H t and H t + Δt in a time-correlated channel do not change significantly, so that the quantized codebook is in a spherical cap, which is not a premise region of the channel. This allows for improved precoding and improves overall system performance.
그러나 상기에서 기술한 기존의 차분 코드북은 수 많은 random unitary 행렬을 발생시키므로 생성 시간이 매우 오래걸리고, 시간 상관 계수에 따라 차분 코드북 설계가 달라진다. 더욱이 LTE 혹은 LTE-A 시스템의 경우에는 코드북 생성을 위한 아래의 규칙을 따르고 있으므로 본 발명에서는 이러한 규칙을 따르는 코드북을 제안한다. However, the conventional differential codebook described above generates a lot of random unitary matrices, so the generation time is very long, and the differential codebook design varies according to the time correlation coefficient. Furthermore, in the case of LTE or LTE-A system, the following rules for codebook generation are followed, so the present invention proposes a codebook following these rules.
- 8PSK 성운을 코드북 인자로 사용 -Use 8PSK Nebula as Codebook Argument
- 동이득 전송을 위한 constant modulus property -Constant modulus property for dynamic gain transmission
           - 높은 랭크 코드북 설계에서 nested property 적용
 -Apply nested property in high rank codebook design 
 
      
이하에서는 본 발명에서 제안하는 새로운 차분 코드북의 생성과정에 대해 설명한다. 제안하는 차분 코드북은 기존 차분 코드북과 마찬가지로 시간 상관성 페이딩 채널에서 선부호화 행렬이 천천히 변하는 성질을 이용한다. Hereinafter, a process of generating a new differential codebook proposed by the present invention will be described. The proposed differential codebook, like the existing differential codebook, uses the property that the precoding matrix changes slowly in the time-correlated fading channel.
         따라서 본 발명에서 제안하는 차분 코드북 Fdiff={F1, F2, ..., Fn}은 F1을 중심으로 설계되며, 이때 F1은 모든 인자가 1인 코드워드(혹은 선부호화 행렬)이다.Thus differential codebook proposed in the 
         본 발명의 차분 코드북 설계 방법을 쉽게 설명하기 위하여, Mt가 4이고 Ms가 1인 경우를 가정한다. 우선 F1=[1 1 1 1]T으로 고정을 한다. 그리고 나머지 (N-1개의 코드워드들은 코드북 설계에 활용되는 거리를 이용하여 찾을 수 있다. 예를 들면 Grassmannian minifold에서 정의되는 코들 거리(chordal distance)를 이용한다면 아래의 <수학식 8>을 이용한다.In order to easily explain the differential codebook design method of the present invention, it is assumed that M t is 4 and M s is 1. First, fix F 1 = [1 1 1 1] T. And the rest (N-1 codewords can be found using the distance used in the codebook design. For example, using the chordal distance defined in the Grassmannian minifold, 
        
8-PSK 성운을 인자로 하는 가능한 모든 코드워드들과 F1과의 거리를 측정하여 가장 가까운 코드워드들을 (N-1)개 선택한다. 이때 k=2,3,...,N 이다.The closest codewords are selected (N-1) by measuring the distance between all possible codewords taking the 8-PSK nebula and F 1 . Where k = 2,3, ..., N.
         송신 데이터의 스트림 수 Ms가 2 이상인 경우는 차분코드북의 선부호화행렬 Fk는 Mt×Ms의 크기를 가지며, 이 경우에도 F1의 모든 인자는 1의 값을 갖는다. 송수신 장치가 공유하는 차분코드북은 매 시간 인덱스에서 업데이트되며 아래 <수학식9>으로 표현된다.When the number of streams M s of the transmission data is 2 or more, the precoding matrix F k of the differential codebook has a size of M t x M s , and even in this case, all factors of F 1 have a value of 1. The differential codebook shared by the transmitting and receiving device is updated at each time index and is expressed by 
        
         이때,  Fdiff는 차분 코드북이며, Fτ는 시간 인덱스가 τ일 때의 코드북이다. 그리고 nopt는 <수학식 2>에서 구할 수 있으며, < · > 연산은 Hadamard product 연산을 의미한다. 이와 같은 연산으로 가상의 코드북은 실제의 코드북의 사이즈 N에 비해 매우 커지게 된다. 예를 들어 본 발명에서 제안하는 8-PSK 성운을 인자로 하는 차분 코드북의 사이즈가 N=16인 경우 가상의 코드북 사이즈는 83=512로 32배 증가하게 된다. In this case, F diff is a differential codebook and F τ is a codebook when the time index is τ. And n opt can be obtained from <
         본 발명에서 제안하는 최적의 차분 코드북은 <수학식 5>를 이용하거나, Grassmannian manifold의 코들 거리보다 더 밀접한(tight) 경계(bound)인 Riemannian manifold에서 정의된 <수학식 10>에서 정의된 거리를 이용하여 설계한다.The optimal differential codebook proposed in the present invention uses 
        
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 코드북 생성 방법을 보여주는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of generating a differential codebook according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 제안하는 코드북은 8-PSK 성운을 인자로 하고, 우선 랭크가 1인 차분 코드북을 설계한다. Referring to FIG. 3, the codebook proposed by the present invention takes an 8-PSK nebula as a factor, and first, designs a differential codebook having a rank of 1.
먼저 코드북 선부호화 행령의 모든 코드워드 인자를 8-PSK 성운으로 표기한다(S310).First, all codeword factors of the codebook precoding order are expressed as 8-PSK nebulae (S310).
다음, 8-PSK 성운으로 표기된 코드워드들 중에서 모든 인자를 1로 하는 코드워드를 중심으로 코드워드를 검색한다(S320).Next, a codeword is searched based on a codeword having all factors of 1 among the codewords represented by the 8-PSK nebula (S320).
다음, 정해진 코드북 크기만큼의 코드워드를 선택한다(S330).Next, as many codewords as the predetermined codebook size are selected (S330).
그리고, 선택된 코드워드들로 이루어진 차분 코드북을 생성한다(S340).Then, a differential codebook consisting of the selected codewords is generated (S340).
예를 들어, 본 발명에서 모든 인자가 1인 선부호화 벡터를 F1이라고 할때, F1을 중심 선부호화 행렬로 선택한다. 그리고, 8-PSK 성운으로 발생 가능한 모든 선부호화 행렬과 F1의 코들 거리(Chordal distance)를 구한다. 그리고, F1과의 코들 거리가 최소인것부터 순차적으로 코드워드를 선택하는데, 정해진 코드북 사이즈인 N개까지 선택한다.For example, in the present invention, when a precoding vector having all factors 1 is called F 1 , F 1 is selected as the central precoding matrix. Then, all precoding matrices that can be generated by the 8-PSK nebula and the chordal distance of F 1 are obtained. The codewords are sequentially selected from the smallest nose distance with F 1, and up to N pieces having a predetermined codebook size are selected.
         Fτ는 시간 τ 일 때의 피드백을 위한 최적의 선부호화 행렬 지시자를 결정하기 위해 생성된 새로운 코드북(new generated codebook at time τ)이고, 그리고 PMIτ는 시간 τ 일 때 생성된 코드북에서 결정된 최적의 선부호화 행렬 지시자로 정의할 때, Fτ는 다음 <수학식 11>과 같다.F τ is a new generated codebook at time τ to determine the optimal precoding matrix indicator for feedback at time τ, and PMI τ is the optimal determined from the codebook generated at time τ When defined as a precoding matrix indicator, F τ is given by 
        
         본 발명에서 τ=0일 경우, 이전 선부호화 행렬값인 Fτ-1이 존재하지 않기 때문에 기존 QEGT 특징을 갖는 임의의 코드북을 초기 코드북 Finitial로 지정하여 최적의 선부호화 행렬지시자를 선택하며, 이때 <수학식 12>를 통해 최적의 선부호화 행렬 값 Fτ가 결정된다.In the present invention, when τ = 0, since the previous precoding matrix value F τ-1 does not exist, an optimal precoding matrix indicator is selected by designating an arbitrary codebook having an existing QEGT feature as the initial codebook F initial , At this time, the optimal precoding matrix value F τ is determined by 
        
         <수학식 12>에서 초기 코드북 Finitial결정은 특정 코드북에 제한을 주지 않는다.In 
본 발명에서 S310 단계 내지 S340 단계를 통해 랭크가 1인 차분 코드북이 생성되면, 랭크가 2 이상 증가함에 따라 순차적으로 최적의 차분 코드북을 생성할 수 있다. In the present invention, if a differential codebook having a rank of 1 is generated through steps S310 to S340, an optimal differential codebook may be sequentially generated as the rank increases by two or more.
         예를 들어, 랭크가 2이상인 경우, 발생가능한 모든 코드북들 중에서 하기 <수학식 13>을 만족하는 행렬 군을 최적의 코드북 nopt으로 선정할 수 있다.For example, when the rank is 2 or more, a matrix 
        
또는, 랜덤한 랭크에서 S310 내지 S340 단계의 8-PSK 성운을 인자로 하는 랜덤한 차분 코드북을 발생시킬 수 있고, 이를 통해 시스템 성능을 최대화할 수 있다.Alternatively, a random differential codebook using 8-PSK nebulae of steps S310 to S340 in a random rank may be generated, thereby maximizing system performance.
         도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 안테나 수 4, 송신단 내 공간 스트림 수는 1에서 4, 그리고 코드북 크기가 16인 제안하는 코드북의 한 예를 보여주는 도표이다.FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a proposed codebook having a number of transmit 
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선부호화 방식의 다중 안테나 시스템에서 시간의 변화에 따라 차분 코드북이 업데이트되는 것을 보여주는 예시도이다. 도 5의 실시예에서는 최적의 코드북 인덱스가 선정되는 것을 τ=0에서 τ=3까지 보여주고 있다.FIG. 5 is an exemplary diagram illustrating that a differential codebook is updated with a change in time in a multi-antenna system of a pre-coding method according to an embodiment of the present invention. In the embodiment of FIG. 5, the optimal codebook indexes are selected from τ = 0 to τ = 3.
도 5를 참조하면, Finitial은 초기 코드북(initial codebook), Fdiff는 본 발명에서 제안하는 차분 코드북(proposed differential codebook), Fτ는 시간 τ일 때의 피드백을 위한 최적의 선부호화 행렬 지시자를 결정하기 위해 생성된 새로운 코드북(new generated codebook at time τ), 그리고 PMIτ는 시간 τ 일 때 생성된 코드북에서 결정된 최적의 선부호화 행렬 지시자로 정의한다.Referring to FIG. 5, F initial is an initial codebook, F diff is a proposed differential codebook, and Fτ is an optimal precoding matrix indicator for feedback at time τ. The new generated codebook at time τ and PMI τ are defined as the optimal precoding matrix indicator determined from the codebook generated at time τ.
         시간 τ = 0 일 경우, 이전 선부호화 행렬 값 Fτ-1이 존재하지 않기 때문에 기존 LTE, LTE-Advanced, IEEE 802.16 그리고 IEEE 802.16m 표준화 문서에 기술된 코드북 등 여러 가지 다양한 코드북 중에서 시스템 설계자가 선택한 임의의 코드북에 <수학식 2>를 이용해 최적의 인덱스 nopt에 해당하는 선부호화 행렬 지시자인 PMIτ=0 가 선택되어, 코드북 중에서 Fτ=0 가 결정된다. If time τ = 0, the previous precoding matrix value F τ-1 does not exist, so the system designer chooses from a variety of codebooks, including codebooks described in existing LTE, LTE-Advanced, IEEE 802.16, and IEEE 802.16m standardization documents. PMI tau = 0, which is a pre-coding matrix indicator corresponding to the optimal index n opt , is selected in any 
         시간 τ 일 경우, Fτ-1과 본 발명에서 제안하는 Fdiff와의 곱을 통해 Fτ가 생성되며, 생성된 코드북으로부터 <수학식 2>를 통해 최적의 선부호화 행렬 지시자인PMIτ가 선택되어, Fτ가 결정된다. 
 In the case of time τ, F τ is generated by multiplying F τ-1 by F diff proposed in the present invention, and an optimal precoding matrix indicator PMI τ is selected from 
 
      
도 5에 도시된 바와 같이, 이전 시간 구간에서의 선부호화 행렬값에 제안된 차분 코드북을 적용하여 새로운 차분 코드북이 매 시간 구간마다 생성됨을 확인할 수 있다. 이때, 제안된 차분 코드북이 송/수신단에 미리 저장되어 있고, 서로 동기가 정확히 이루어진다면, 매 시간 구간마다 생성되는 새로운 코드북 Fτ를 동시에 사용하는 것에 대해 어려움이 없을 것이다. As shown in FIG. 5, it can be confirmed that a new differential codebook is generated every time interval by applying the proposed differential codebook to the precoding matrix value in the previous time interval. At this time, if the proposed differential codebook is previously stored in the transmitting / receiving terminal and synchronized with each other correctly, there will be no difficulty in simultaneously using the new codebook F τ generated every time interval.
         다시 말하면, 이전 채널 상태 정보와 매우 인접한 채널의 영역만을 기존 코드북과 동일한 크기를 갖도록 양자화함으로써 즉, 페이딩 채널 내 전체 영역이 아닌 이전 선부호화 행렬값에 근접한 특정 영역만을 세분화하여 양자화함으로써 차분 코드북을 생성하는데 있어서, 시간 상관성 페이딩 채널에서 보다 정확한 최적의 선부호화 행렬값 Fτ 를 결정할 수 있어 전체 시스템 성능 향상에 큰 이득을 가져올 수 있다.
 In other words, the differential codebook is generated by quantizing only an area of a channel that is very close to the previous channel state information to have the same size as the existing codebook, that is, subdividing and quantizing only a specific area that is close to the previous precoding matrix value instead of the entire area in the fading channel. In this case, it is possible to determine a more accurate optimal precoding matrix value F τ in a time-correlated fading channel, which can bring a large gain in improving overall system performance. 
 
      
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 코드북을 선부호화 과정에 이용할 경우 채널 용량(channel capacity)을 나타낸 설명도이다.FIG. 6 is an explanatory diagram showing channel capacity when a differential codebook is used for a precoding process according to an embodiment of the present invention.
도 6에서는 송신 안테나 수가 4개, 수신안테나는 1 또는 4, 그리고 송신 데이터 스트림 수는 1 또는 2일 때 본 발명의 차분 코드북을 이용한 선부호화 전송 기법에 대한 채널 용량을 나타낸다. In FIG. 6, when the number of transmitting antennas is 4, the receiving antenna is 1 or 4, and the number of transmitting data streams is 1 or 2, the channel capacity of the precoding transmission scheme using the differential codebook of the present invention is shown.
         도 6에 보이는 바와 같이 본 발명은 기존 LTE 표준화 문서에서 채택된 코드북에 비해 우수한 성능을 보이고, 기존의 차분코드북보다는 약간 성능이 저하되지만, 동이득 전송, 송수신기의 복잡도 측면에서 우수하므로 실제 시스템에 바로 적용할 수 있는 특징이 있다.
 As shown in FIG. 6, the present invention shows superior performance compared to the codebook adopted in the existing LTE standardization document, but slightly deteriorates from the conventional differential codebook. There are features that can be applied. 
 
      
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차분 선부호화 기법의 동작 예시도이다. 도 7은 <수학식 9>에서 표현된 차분 선부호화 기법의 동작 예시도이다. 7 is an exemplary operation diagram of a differential precoding technique according to an embodiment of the present invention. 7 is a diagram illustrating an operation of the differential precoding scheme expressed in Equation (9).
         도 7을 참조하면, 마치 8-PSK 성운으로 구성된 16개 콤비네이션 락(lock)들이 송신 안테나 별로 동시에 위 혹은 아랫방향으로 움직이면서 최적의 선부호화 행렬 Fτ를 찾아가는 모습처럼 보인다.
 Referring to FIG. 7, it is as if 16 combination locks composed of 8-PSK nebulae move up or down simultaneously for each transmit antenna to find the optimal precoding matrix F τ . 
 
      
한편, 본 발명의 실시예에 따른 차분 코드북 생성 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현되는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다.Meanwhile, the method for generating a differential codebook according to the embodiment of the present invention may also be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium. A computer-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by a computer system is stored.
예컨대, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 롬(ROM), 램(RAM), 시디-롬(CD-ROM), 자기 테이프, 하드디스크, 플로피디스크, 이동식 저장장치, 비휘발성 메모리(Flash Memory), 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다.For example, the computer-readable recording medium may be a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a hard disk, a floppy disk, a removable storage device, a nonvolatile memory, , Optical data storage devices, and the like, as well as carrier waves (for example, transmission over the Internet).
         또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 통신망으로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 읽을 수 있는 코드로서 저장되고 실행될 수 있다.
 In addition, the computer readable recording medium may be distributed and executed in a computer system connected to a computer communication network, and may be stored and executed as a code readable in a distributed manner. 
 
      
         이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
 While the invention has been described using some preferred embodiments, these embodiments are illustrative and not restrictive. Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention and the scope of the rights set forth in the appended claims. 
 
      
         110  송신장치			120  수신장치
112  채널부호 및 변조기		114  선부호화기
116  선부호화 행렬선택		118  코드북 업데이트
122  복호 및 채널추정부		124  선부호화 행렬 양자화
126  코드북 업데이트110 
 112 Channel Coder and 
 116 
 122 Decoding and 
 126 Codebook Update
      
Claims (7)
상기 다중 송수신 안테나 시스템에서 LTE(long term evolution) 시스템에서 정의하는 규격에 맞는 성운으로 표기하는 단계;
상기 성운으로 표기된 코드워드들 중에서 모든 인자를 1로 하는 코드워드를 중심으로 코드워드를 검색하는 단계;
상기 검색된 코드워드를 중심으로 미리 정해진 코드북 크기만큼의 코드워드를 선택하는 단계; 및
상기 선택된 코드워드들로 이루어진 차분 코드북을 생성하는 단계를 포함하되,
상기 LTE 시스템에서 정의하는 규격에 맞는 성운은 8-PSK 성운이고,
상기 코드워드를 선택하는 단계는,
모든 인자가 1인 선부호화 벡터를 F1이라고 할 때, F1을 중심 선부호화 행렬로 선택하는 단계;
상기 8-PSK 성운으로 발생 가능한 모든 선부호화 행렬과 F1간의 코들 거리(Chordal distance)를 구하는 단계; 및
상기 코들 거리가 최소인것부터 순차적으로 코드워드를 선택하되, 미리 정해진 코드북 사이즈인 N개까지 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차분 코드북 생성 방법.
A differential codebook generation method in a multiple transmit / receive antenna system supporting a line encoding scheme, wherein a transmitter having a plurality of transmit antennas and a receiver having a plurality of receive antennas communicate based on a predetermined differential codebook.
Marking as a nebula conforming to a standard defined by a long term evolution (LTE) system in the multiple transmit / receive antenna system;
Searching for a codeword centering on a codeword of which all factors are 1 among the codewords represented by the nebula;
Selecting a codeword corresponding to a predetermined codebook size based on the searched codewords; And
Generating a differential codebook consisting of the selected codewords,
The nebula conforming to the standard defined by the LTE system is an 8-PSK nebula,
The step of selecting the codeword,
The method comprising all the factor of 1, when the pre-coding vector as F 1, F 1, select the pre-coding matrix as the center;
Obtaining a chordal distance between all the precoding matrices generated by the 8-PSK nebula and F 1 ; And
And selecting codewords sequentially from the minimum nose length, and selecting up to N pieces having a predetermined codebook size.
Fdiff는 차분 코드북이고, Fτ는 시간 인덱스가 τ일 때의 코드북이고, 이고, ρ는 신호대잡음비(SNR) 이고, 은 Ms×Ms 크기의 단위 행렬 (identity matrix)이고, Ms는 송신단 내 공간 스트림 수이고, < · > 연산은 Hadamard product 연산을 의미할 때,
상기 다중 송수신 안테나 시스템에서 공유되는 차분 코드북은
의 수학식을 이용하여 매 시간 인덱스에서 업데이트되는 것을 특징으로 하는 차분 코드북 생성 방법.
The method of claim 1,
F diff is the differential codebook, F τ is the codebook when the time index is τ, Ρ is the signal-to-noise ratio (SNR), Is an identity matrix of size M s × M s , M s is the number of spatial streams in the transmitter, and the <·> operation means a Hadamard product operation.
The differential codebook shared in the multiple transmit / receive antenna system is
The differential codebook generation method, characterized in that for updating at every hour index using the equation.
Fτ는 시간 τ 일 때의 피드백을 위한 최적의 선부호화 행렬 지시자를 결정하기 위해 생성된 새로운 코드북(new generated codebook at time τ)이고, PMIτ는 시간 τ일 때 생성된 코드북에서 결정된 최적의 선부호화 행렬 지시자로 정의할 때,
의 수학식을 만족하는 것을 특징으로 하는 차분 코드북 생성 방법.
5. The method of claim 4,
F τ is the new generated codebook at time τ to determine the optimal precoding matrix indicator for feedback at time τ, and PMI τ is the optimal line determined from the codebook generated at time τ When defined as a coding matrix indicator,
Differential codebook generation method characterized in that to satisfy the equation.
τ=0일 경우, 기존 QEGT 특징을 갖는 임의의 코드북을 초기 코드북 Finitial로 지정하여 최적의 선부호화 행렬지시자를 선택하며,
의 수학식을 이용하여 최적의 선부호화 행렬 값 Fτ가 결정되는 것을 특징으로 하는 차분 코드북 생성 방법.
The method of claim 5,
When τ = 0, an arbitrary codebook having the existing QEGT feature is designated as an initial codebook F initial to select an optimal precoding matrix indicator.
The method of generating a differential codebook, characterized in that the optimal precoding matrix value F τ is determined using the equation of.
A non-transitory computer-readable recording medium having recorded thereon a program capable of executing the method of claim 1.
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|---|---|---|---|---|
| US20100226357A1 (en) | 2009-03-03 | 2010-09-09 | Qinghua Li | Differential codebook for a wireless network, MIMO beamforming system using same, and method of reducing a quantization error in a MIMO beamforming system for a wireless network using same | 
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        2011
        
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Patent Citations (1)
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| US20100226357A1 (en) | 2009-03-03 | 2010-09-09 | Qinghua Li | Differential codebook for a wireless network, MIMO beamforming system using same, and method of reducing a quantization error in a MIMO beamforming system for a wireless network using same | 
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| Title | 
|---|
| 염지비, 김영주, "Rician 페이딩 채널에 적합한 새로운 LTE 하향링크 코드북", 전자공학회논문지 제48권 TC편 제1호, 2011-01, pp.70-76(2011.01.31. 공개) * | 
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