다중입력 다중출력 시스템에서 코드워드를 전송하는 방법 document_id A220623071913

종래에는 이동 통신 분야에서 한 개의 송신안테나와 한 개의 수신안테나가 사용되었다. 이와는 달리, 다중송신안테나와 다중수신안테나를 사용하여 송수신 데이터 효율을 향상시킬 수 있는 방법으로서 MIMO(Multi-Input Multi-Output)가 사용된다. MIMO에서는 무선통신시스템의 송신단 혹은 수신단에서 다중안테나를 사용한다. 이로 인해 용량증대 혹은 성능개선을 달성할 수 있다. MIMO는 다중안테나로 지칭될 수도 있다. 송/수신단 모두에 다수의 안테나를 사용하는 다중안테나 기술은 추가적인 주파수 할당이나 전력증가 없이도 통신 용량 및 송수신 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 전송효율 향상 방법이다. 다중안테나의 기술에는 공간 다이버시티(spatial diversity) 방식과 공간 멀티플렉싱(spatial multiplexing) 방식이 있다. 공간 다이버시티 방식을 사용하면 다양한 채널 경로를 통과한 심볼들을 이용함으로써 전송 신뢰도를 높일 수 있다. 공간 멀티플렉싱 방식을 사용하면 다수의 송신 안테나를 이용하여 다수의 데이터 심볼을 동시에 송신하여 전송률을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 두 가지 방식의 장점을 얻기 위해 이 두 가지 방식을 결합할 수도 있다. 페이딩(fading) 채널은 무선통신시스템의 성능저하를 가져오는 주요원인이다. 시간, 주파수, 공간에 따라 채널이득값이 변하며, 그리고 채널이득값이 낮을수록 성능저하가 심각해진다. 다이버시티 기법은 페이딩을 극복할 수 있는 방법 중 하나인데, 여러 개의 독립적인 채널들이 모두 다 낮은 이득값을 가질 확률이 매우 낮다는 점을 이용한다. 일반적인 통신 시스템에서는, 채널에서 발생되는 오류를 수신단에서 정정(correct)해주기 위해, 송신단에서 보내는 정보를 오류정정부호(forward error correction code)를 사용하여 부호화(coding)를 한 후 전송하게 된다. 수신단에서는 수신신호를 복조(demodulation)한 후 오류정정부호의 복호(decoding)화 과정을 거친 후 전송 정보를 복원하게 된다. 이러한 복호화 과정에서, 채널에 의해서 생긴 수신신호상의 오류를 정정하게 된다. CRC(cyclic redundancy checking; 순환중복검사)는 오류정정이 아니라 오류검출을 위해 사용하는 부호화(coding) 방법의 하나이다. 일반적으로는 전송 정보를 CRC를 사용하여 부호화한 후, CRC 부호화된 정보에 오류정정부호(forward error correction code)를 사용한다. MIMO 시스템을 효율적으로 운영하기 위해서는 채널의 품질에 대한 정보(CQI), 현재 전송 순간에 몇 개의 독립적인 데이터 스트림을 전송할 수 있는지에 대한 정보(rank), 그리고 프리코딩을 사용하는 MIMO시스템의 경우 현재 채널 상태에 가장 적합한 프리코딩 벡터 또는 프리코딩 행렬에 대한 정보가 필요하다. 도 2에 도시한 바와 같이 CQI(Channel Quality Information)를 보고(reporting)할 수 있다. 이 때, 상향링크의 피드백 부담을 줄이기 위해서 RI(rank information), PMI(precoding matrix index)등의 정보를 시간주기 및 측정 주파수 대역을 변경하여 보낼 수 있다. 도 3은 4x4 안테나 구성을 갖는 MIMO 시스템의 예시적인 전송구조이다. 도 3을 참조하면, 랭크 넘버(rank number)에 따라서 전송가능한 스트림 수가 정해진다. 랭크 1의 경우, 레이어(Layer) 1, 2, 3, 4 의 4개의 레이어 중 하나를 통하여 CW1(코드워드 블록 1)의 코드워드가 전송될 수 있다. 단말이 레이어 별로 채널을 측정한 후 가장 채널 상태가 좋은 레이어를 선택하여 전송할 수 있다. 하지만 이러한 선택과정 및 모든 가능한 조합을 허용할 경우에는, 단말의 연산량이 증가되며, 기지국으로 알려주는 시그널링 양이 증가하게 된다. 따라서 성능향상과 오버헤드(overhead) 사이에서 타협(trade-off)이 필요하다. 따라서, 도 3과 같이 각 랭크별로 하나의 조합을 허용할 수 있다. 도 4는 도 3과 같은 조합만을 허용한 상태에서, 특정 코드워드의 전송이 실패한 후 데이터 버퍼가 비었을 때 재전송하는 상황을 예시하는 도면이다. 도 4를 참조하면, 랭크 3에서 CW1의 코드워드 및 CW2(코드워드 블록 2)의 코드워드가 전송되며, 3개의 레이어에서의 SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio)이 모두 동일하다고 하면, CW2의 코드워드는 두 개의 레이어를 통해 전송되므로, CW2는 1개의 레이어를 통해 전송하는 CW1에 비해 2배의 데이터를 전송할 수 있다. 이후 CW1의 코드워드의 수신은 성공하였으나, CW2의 코드워드는 수신에 실패했을 때에는 CW2의 코드워드만을 재전송할 수 있다. CW2의 코드워드를 재전송할 때에, 송신단의 데이터 버퍼가 비었다면 새롭게 전송할 데이터가 없기 때문에 재전송만이 필요하게 된다. 즉 하나의 코드워드만의 전송이 필요하다. 그러나, 도 3과 같이 각 랭크 별로 조합이 제약되기 때문에, 하나의 코드워드를 전송할 때에는 랭크1로 1개의 레이어를 통해 전송해야만 한다. 즉, 이전에 랭크3의 CW2를 통해 전송되던 코드워드를 랭크1의 CW1을 통해 전송하게 된다. 이 때, 채널이 변하지 않았다고 가정하면, 이전 전송에서는 랭크3의 CW2의 코드워드를 2개의 레이어를 통해 전송하였지만, 재전송할 때에는 랭크 1의 CW1에 매핑되는 1개의 레이어를 통해 전송하므로 전송할 수 있는 데이터 양에서의 손실이 발생한다. 즉 채널상태가 양호함에도 불구하고, 사용가능한 코드워드와 레이어간의 조합이 제약되기 때문에, 좋은 채널을 사용할 수 없는 상황이 생기는 것이다. 따라서 주어진 조합 하에서 위와 같은 손실을 줄이고 보다 효율적인 전송을 할 수 있는 방법이 필요하다.