JP5161098B2

JP5161098B2 - 多重アンテナ通信システムにおけるデータを送受信する装置及び方法

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Publication number: JP5161098B2
Application number: JP2008537607A
Authority: JP
Inventors: ジン−キュ・ハン; ファルーク・カーン; ワン−ジュン・クォン; ジュ−ホ・イ; コーネリウス・ヴァン・レンズバーグ; ドン−ヒ・キム
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2026-10-31
Also published as: EP1780925B1; WO2007052941A1; RU2369966C1; CN101300749A; CN101300749B; EP1780925A2; US20070104283A1; US7697622B2; EP1780925A3; TWI332785B; KR20070046680A; KR100996023B1; JP2009514323A; TW200731716A

Description

本発明は、多重アンテナを使用する通信システム（以下、“多重アンテナ通信システム”と称する。）におけるデータを送受信するための装置及び方法に関し、特に、多重アンテナ通信システムにおける空間多重化送信のための装置及び方法に関する。

通常、無線通信システムは、ユーザーが距離の制約なく通信することができるように開発されている。移動通信システムは、代表的な無線通信システムである。上記移動通信システムは、初期の音声中心のサービス通信システムの提供に留まらず、データサービス及びマルチメディアサービスの提供のために、高速、高品質の無線パケットデータ通信システムに発展しつつある。現在、３ＧＰＰ（3^rd Generation Partnership Project）を中心に進んでいる高速ダウンリンクパケット接続（High Speed Downlink Packet Access：ＨＳＤＰＡ）、及び３ＧＰＰ２（3^rd Generation Partnership Project 2）を中心に進んでいるＥＶ-ＤＶ（Evolution for Data and Voice）及びＥＶ-ＤＯ（Evolution-Data Only）に関する標準化は、第３世代（３Ｇ）移動通信システムにおいて、２Ｍｂｐｓ以上の高速、高品質無線パケットデータ送信サービスに対する解決策を探すための代表的な試みであると見られる。

一方、第４世代（４Ｇ）移動通信システムに関する研究は、直交周波数分割多重化（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：以下、“ＯＦＤＭ”と称する。）及び直交周波数分割多重接続（Orthogonal Frequency Division Multiple Access：以下、“ＯＦＤＭＡ”と称する。）を用いて、高速、高品質のマルチメディアサービスの提供を目指して進んでいる。

ＨＳＤＰＡ、ＥＶ-ＤＶ、及びＥＶ-ＤＯのような現在の３Ｇ無線パケットデータ通信システムは、送信効率を改善するための適応変調及び符号化（Adaptive Modulation and Coding：以下、“ＡＭＣ”と称する。）方法及びチャネルセンシティブスケジューリング（channel sensitive scheduling）資源管理方法を使用する。上記ＡＭＣ方法を使用すると、送信器は、チャネル状態に従って送信データの量を調節することができる。すなわち、送信器は、良好でないチャネル状態では、送信データの量を減少させ、良好なチャネル状態では、送信データの量を増加させることにより、所望の受信誤り確率を保持しつつも、多くのデータの量を効率的に送信することができる。

また、上記チャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法を使用すると、送信器は、チャネル状態が良いユーザーを選択することにより、データスループットを増加させることができる。上記ＡＭＣ方法及び上記チャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法において、送信器は、受信器からフィードバックされた部分的なチャネル状態情報を受信し、最も効率の良い時点で適切な変調及び符号化技術を適用する。

上記ＡＭＣ方法及び上記チャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法がシステム容量を実質的に改善するのに役立つためには、受信器がフィードバックしたチャネル状態情報は、送信時点でのチャネル状態と一致しなければならない。しかしながら、一般的に、移動通信環境では、送信器又は受信器があちこち移動するために、チャネル状態が継続して変化する。かかるチャネル状態の継続的な変化は、送信器又は受信器の移動速度に関連し、これは、“ドップラー（Doppler）拡散”と呼ばれる。移動速度が速くなると、ドップラー拡散を深化させる。この場合に、受信器がフィードバックしたチャネル状態情報は、有効でないことがある。

したがって、このような状況では、上記ＡＭＣ方法及び上記チャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法を使用しても、システム容量の改善を達成することができない。このような問題を補完するために、３Ｇ無線パケットデータ通信システムは、ハイブリッド自動再送要求（Hybrid Automatic ReQuest：以下、“ＨＡＲＱ”と称する。）方式を採用する。ＨＡＲＱ技術において、受信器が送信器により送信されたデータを正常に受信することができない場合には、受信器は、上記受信の失敗を送信器に通知し、送信器が物理レイヤーで再送信を迅速に遂行するようにする。

一方、無線通信システムにおいて、最近脚光を浴びているＯＦＤＭ方式は、変調信号を相互に直交する周波数信号、すなわち、サブキャリアに乗せて送信する。したがって、ＯＦＤＭＡ方式は、ＯＦＤＭ方式に基づいて相互に異なるユーザーの信号を相互に異なるサブキャリアに乗せて送信する方式である。ＯＦＤＭＡ方式において、時間軸上のみで遂行させることができるチャネルセンシティブスケジューリングは、周波数軸上でも遂行させることができる。すなわち、ＯＦＤＭＡシステムは、データ送信のために、周波数選択性フェージング環境で周波数スケジューリング（frequency scheduling）を介して各ユーザーが選好するサブキャリアをスケジューリングすることにより、時間軸上のみでスケジューリングする場合に比べて、システムの容量を改善させることができる。したがって、周波数スケジューリングを効率的に遂行するためには、チャネル状態フィードバックのオーバーヘッド（overhead）を考慮して、データの送信のために、類似したチャネル応答を有する隣接サブキャリアの束を使用することが好ましい。

また、無線通信において、送信器及び受信器に複数のアンテナを使用する多入力多出力アンテナ（Multiple-Input Multiple-Output：以下、“ＭＩＭＯ”と称する。）システムは、高速、高品質データサービスを提供するための核心技術として活発な論議が進んでいる。理論的に、ＭＩＭＯシステムは、追加の周波数帯域幅の増加なしに、送受信アンテナの数が増加するので、サービス可能なデータ容量も、送受信アンテナの数に比例して線形的に増加するものと知られている。したがって、このようなＭＩＭＯ基盤の技術は、その目的に従って、空間ダイバーシティ（Spatial Diversity）技術及び空間ドメイン多重化（Spatial Domain Multiplexing：以下、“ＳＤＭ”と称する。）技術に大別されることができる。上記空間ダイバーシティ技術及び上記ＳＤＭ技術について説明する。

上記空間ダイバーシティ技術は、送受信多重アンテナを使用して移動通信チャネルで発生するフェージングによってリンク性能の低下を防止するために開発された。上記空間ダイバーシティ技術は、送信器がチャネル状態情報を有し、送信情報量を適応的に調節することができない場合に、受信誤り確率を効率的に減少させることができる。また、上記ＳＤＭ技術は、送受信単一アンテナ技術に比べて、上記ＭＩＭＯ方式を使用してさらに多くの量のデータを送信するために開発された。上記ＳＤＭ技術は、十分に多いチャネル環境を有する散乱体により空間相関度が非常に低い環境でデータスループットを効率的に増加させることができる。

多重接続に基づいて拡張された上記ＳＤＭ技術は、空間ドメイン多重接続（Spatial Domain Multiple Access：以下、“ＳＤＭＡ”と称する）技術である。上述したＳＤＭ技術は、送受信多重アンテナを使用してデータが送信される送信チャネルの数を増加させる。上記空間相関度が低い環境では、上記ＳＤＭ技術を用いて、データスループットを増加させることができる。他方、上記空間相関度が高い環境では、データスループットが増加しても、受信誤り確率が増加することを防止することができない。しかしながら、上記空間相関度が高い環境では、ＭＩＭＯ方式を使用して増加されるデータが送信される送信チャネルを相互に異なるユーザーに割り当てると、システムの容量を増加させるのに役立つ。これは、上記空間相関度が高い場合に、相互に異なる空間特性を有するユーザー信号間の干渉が減少することができるためである。すなわち、上記ＳＤＭＡ技術は、上記空間相関度が高い環境で、システムの容量を増加させることができる空間処理技術である。

空間ダイバーシティ技術、ＳＤＭ技術、及びＳＤＭＡ技術のような空間処理技術は、それぞれ容量改善を示すチャネル環境及びトラフィックタイプに従って使用可能な範囲が異なる。例えば、音声呼の場合に、類似した量のデータが常に発生するために、データスループットを可変するＡＭＣ方法及びチャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法を適用することが困難である。また、上記チャネル状態がフェージングにより悪くなると、受信誤りを避けることができない。このような状況では、上記空間ダイバーシティ技術を使用すると、チャネル状態が悪くなることを避けることができる。上記空間相関度が低いチャネル環境において、上記ＳＤＭ技術を使用すると、上記ＡＭＣ方法及び上記チャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法と共に、データスループットを増加させることができる。他方、上記空間相関度が高いチャネル環境において、上記ＳＤＭＡ技術は、システムの容量を改善させることができる。したがって、上記チャネル環境及びトラフィックタイプに従って、上記空間処理技術を適切に選択する必要がある。

上述したような各システムの送信器について説明する。
図１は、時空間符号化（Space-Time coding：以下、“ＳＴＣ”と称する。）を採用する無線通信システムにおける送信器の構成を示す図である。図１を参照して、ＳＴＣ符号化を用いてデータを送信する装置及び方法について説明する。

上位レイヤーで送信することを希望する情報ビットストリームのようなデータ１０が受信される場合に、データ１０は、ＡＭＣ部１００に入力される。ＡＭＣ部１００は、チャネル符号化変調器１１０及びＡＭＣ制御器１０１を含む。チャネル符号化変調器１１０は、チャネル符号化器１１１と、チャネルインターリーバ１１２と、変調器１１３と、を含む。したがって、データ１０は、チャネル符号化器１１１に入力される。チャネル符号化器１１１により符号化されたデータは、チャネルインターリーバ１１２により分散される（すなわち、循環される）。このように、チャネルインターリーバ１１２によりデータを分散させる理由は、データ送信の間に、フェージングによる符号化性能の低下を防止するためである。チャネルインターリーバ１１２により分散されたデータは、変調器１１３により変調信号に変換される。上記データが符号化１１１、インターリービング１１２、及び変調１１３を経た一連の過程は、“チャネル符号化及び変調”過程と呼ばれる。したがって、かかる過程は、チャネル符号化変調器１１０で遂行される。

一方、チャネル符号化変調器１１０は、システムに従って受信器が伝達したチャネル状態情報（Channel Status Information：以下、“ＣＳＩ”と称する。）フィードバック１０５により異なる方式を適用することができる。例えば、上記チャネル状態が良好な場合には、チャネル符号化変調器１１０は、チャネル符号化率及び変調次数を増加させ、これにより、さらに多くのデータが送信されるようにする。他方、上記チャネル状態が良好でない場合には、チャネル符号化変調器１１０は、チャネル符号化率及び変調次数を減少させ、これにより、減少された量のデータが信頼性よく送信されるようにする。このように、送信器は、ＣＳＩフィードバック１０５に基づいてＡＭＣを適用し、ＡＭＣ制御器１０１は、どんな符号化及び変調方式を使用するかを決定する。上記ＡＭＣ制御器は、特定の設計に従って省略されてもよい。すなわち、図１において、点線で示された信号は、必要に応じて選択的であることを意味する。例えば、ブロードキャストのように、複数のユーザーが同一の情報を受信する場合には、特定のユーザーのチャネル状態に従って符号化及び変調方式を適応的に変化させることができないため、送信器は、ＡＭＣをサポートしなくてもよい。ＡＭＣ制御器１０１がＣＳＩフィードバック１０５に基づいてチャネル符号化及び変調方式を適応的に変える過程は、“ＡＭＣ過程”と呼ばれる。したがって、上記ＡＭＣ過程を遂行するために提供された装置は、図１のＡＭＣ部１００として示される。

ＡＭＣ部１００により変調された信号は、ＳＴＣ符号化器（Space-Time encoder）１２１によって時空間上で符号化される。ＳＴＣ符号化器１２１は、通常、２本の送信アンテナに適用されるアラモウティ符号化（Alamouti coding）方法を採用する。直交時空間符号化（Orthogonal Space Time Coding：以下、“ＯＳＴＣ”と称する。）に該当するアラモウティ符号化方法は、最大ダイバーシティ利得を得ることができる。上記アラモウティ符号化方法において、直交性を維持するためには、アラモウティ符号化された隣接した時間信号間のチャネルに変化があってはいけない。隣接した時間信号間のチャネルが急激に変化すると、上記アラモウティ符号化方法は、直交性を保証することができないため、それによる自己干渉及び性能低下をもたらす。

しかしながら、直交性を保証するＯＳＴＣ符号化方法が最大ダイバーシティ利得を提供するものと知られている。一般的な時空間符号化方法は、受信器がフィードバックするＣＳＩに頼らずに遂行される。したがって、上記ＳＴＣ符号化方法は、チャネルに適応するように変更されるよりは、ダイバーシティ利得を最大化するように設計される。このように、変調信号のＳＴＣ符号化により得られた信号は、無線（Radio Frequency：以下、“ＲＦ”と称する。）部１２２により送信帯域信号に変換された後に、多重送信アンテナ１３１及び１３２を介して送信される複数のシンボルが発生する。例えば、送信アンテナが２本であるシステムに適用されたＳＴＣ符号化方法は、１つのデータストリームを受信し、２つのシンボルストリームを出力する。このように生成されたシンボルストリームは、相互に異なるアンテナ１３１及び１３２を介して送信される。

上記ＳＴＣ符号化方法が適用されたシンボルストリームは、ＲＦ部１２２により送信アンテナを介して送信されるＲＦ信号に変換される。ＲＦ部１２２は、スペクトル特性を満足させるためのフィルタリングを遂行し、送信電力を調節し、基底帯域信号をＲＦ信号に変換する。このような過程がなされた後に、出力信号は、対応するアンテナ１３１及び１３２を介して送信される。

図２は、ＯＦＤＭ-ＳＴＣ符号化を適用する送信器の構成を示す図である。図２を参照して、ＯＦＤＭ-ＳＴＣ符号化を適用する送信器の構成及び動作について説明する。

ＡＭＣ部１００は、図１のそれと同一の動作を遂行するので、ここでは、その詳細な説明を省略する。ＡＭＣ部１００により変調された信号は、ＯＦＤＭ変調器２１０に入力される。ＯＦＤＭ変調器２１０は、逆高速フーリエ変換（Inverse Fast Fourier Transform：以下、“ＩＦＦＴ”と称する。）部２１１とサイクリックプレフィックス（Cyclic Prefix：以下、“ＣＰ”と称する。）シンボル付加器２１２と、を含む。したがって、ＡＭＣ部１００により変調された信号は、ＩＦＦＴ部２１１に入力される。ＩＦＦＴ部２１１は、上記変調信号に対するＩＦＦＴを遂行し、これにより、上記変調された信号は、相互に直交する周波数信号、すなわち、サブキャリアに乗せられなければならない。その後、ＣＰシンボルは、ＣＰシンボル付加器２１２によりＩＦＦＴ処理された信号に付加される。上記ＣＰは、生成されたサブキャリアの最後の部分のうちの一部をコピーし、シンボルのヘッドに付加することで、多重経路フェージングにより遅延拡散が発生しても、サブキャリア間の直交性を維持するようにし、その結果、干渉が発生しないようにする。ＯＦＤＭシンボルがＯＦＤＭ変調器２１０により生成されると、ＳＴＣ符号化器１２１は、連続したＯＦＤＭシンボルに対するＳＴＣ符号化を遂行する。ＲＦ部１２２は、上記ＳＴＣ符号化されたＯＦＤＭシンボルを送信帯域ＲＦ信号に変換した後に、多重送信アンテナ１３１及び１３２を介して上記ＲＦ信号を送信する。上述したように、ＯＦＤＭ-ＳＴＣ符号化を採用する送信器において、連続したＯＦＤＭシンボル間のチャネル変化がひどい場合には、直交性に影響し、その結果、干渉を引き起こす。

図３は、ＯＦＤＭ-ＳＦＣ符号化を採用する送信器の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ-ＳＦＣ（空間周波数符号化）符号化を採用する送信器の構成及び動作について説明する。

ＯＦＤＭ方式において、変調信号は、相互に異なる時間で相互に異なる周波数に乗せて運搬されることができる。したがって、ＳＦＣ符号化方法は、上記ＳＴＣ符号化方法を連続した時間信号に適用せず、上記ＳＴＣ符号化方法を連続した周波数信号、すなわち、サブキャリアに適用することにより実現させることができる。ＡＭＣ部１００は、入力情報ビットストリーム１０及びＳＣＩフィードバック情報１０５を用いて変調された信号を出力する。このように出力された変調信号は、ＳＦＣ符号化器３００に入力される。ＳＦＣ符号化器３００は、ＳＴＣ符号化過程と同一の過程を遂行するが、ＳＴＣ符号化を連続した周波数信号に最終的に適用するので、かかる符号化方法は、“ＳＦＣ符号化方法”と呼ばれる。このように、ＳＦＣ符号化器３００により変調された信号ストリームは、ＳＴＣ符号化を連続した時間信号に適用することにより得られる。１つのストリームは、ＳＦＣ符号化器３００により複数のストリームに符号化され、上記ストリームは、ＯＦＤＭ変調器２１０ａ乃至２１０ｎにより個別に変調される。このように、ＳＴＣ符号化された信号は、ＯＦＤＭ変調器２１０ａ乃至２１０ｎによってＯＦＤＭ信号に変換される。ここで、ＯＦＤＭ変調器２１０ａ乃至２１０ｎによって連続した時間信号に適用されたＳＴＣ符号化は、連続した周波数信号に適用されるものと見なされることができる。その後、ＯＦＤＭ信号は、ＲＦ部１２２により送信信号に変換された後に、対応する送信アンテナ１３１及び１３２を介して送信される。ＯＦＤＭ-ＳＦＣ符号化を採用する送信器において、連続したサブキャリア間のチャネル変化がひどい場合には、直交性に影響し、その結果、干渉を引き起こす。

図２及び図３は、ＳＴＣ符号化を採用する送信方式及び周波数軸上でＳＴＣ符号化を実現するＳＦＣ符号化を採用する送信方式をそれぞれ示す。上述した通りに、このような従来の技術は、最大空間ダイバーシティ利得を得るために設計された。したがって、このような技術は、空間相関度が低い環境では、優秀なリンク性能を示すが、空間相関度が増加すると、多重アンテナ利得を提供することができない。上記空間相関度が低い環境で優秀なリンク性能を示す理由は、他の種類のダイバーシティ技術と同様に、ダイバーシティ技術の使用が時間の経過によるチャネルの変化を減少させることができるためである。上記ダイバーシティ技術は、チャネルの変化を減少させることにより、チャネル低下の確率を減少させるのに役立つ。他方、多くのデータを送信することができるチャネルを減少させる。このような理由で、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムにおいて、上記ダイバーシティ技術は、システム容量を減少させてしまうことが知られている。

図４は、ＯＦＤＭ基盤空間多重化を採用する送信器の構成を示すブロック図である。図４を参照して、ＯＦＤＭ基盤空間多重化を採用する送信器の構成及び動作について説明する。

図４を説明するに先立って、上述した技術及び空間多重化技術について簡略に説明する。上述したＳＴＣ符号化技術及びＳＦＣ符号化技術は、多重送信アンテナを用いて、１つのデータストリームを送信する一方、上記空間多重化（Spatial Multiplexing）技術は、複数のデータストリームを送信する。さらに多くの散乱体、空間相関度が低いＭＩＭＯ方式を使用するチャネル環境では、送信アンテナの数及び受信アンテナの数の中で最小値に該当する所定数のデータストリームを送信することができる。例えば、上記チャネル環境において、送信アンテナの数が２本であり、受信アンテナの数が４本である場合には、送信器は、２つのデートストリームを送信することができる。したがって、図４のシステムが安定して動作するためには、受信器もＭ本以上のアンテナを必要とする。参考までに、上記ＳＴＣ符号化技術及び上記ＳＦＣ符号化技術は、１つのデータストリームのみを送信するために、複数の受信アンテナを必要としない。

ＭＩＭＯシステムにおいて、容量を増加させるために、１つの送信データストリームの数で信号対雑音比（Signal-to-Noise Ratio：以下、“ＳＮＲ”と称する。）を改善するよりは、送信データストリームの数を増加させることが好ましい。したがって、上記空間多重化技術は、このようなＭＩＭＯシステムの特性を使用する。

図４を参照すると、送信データストリームは、ＡＭＣ部１００ａ乃至１００ｎに個別に入力され、独立してＡＭＣ過程を経る。その後、各ストリーム毎に、ＯＦＤＭ変調器２１０ａ乃至２１０ｎによりＯＦＤＭ変調される。上記ＯＦＤＭ変調されたシンボルは、ＲＦ部１２２によりＲＦ送信信号に変換された後に、多重送信アンテナ１３１及び１３２を介して受信器に送信される。すなわち、相互に異なるデータストリームは、相互に異なる送信アンテナを介して送信される。図４に示すＡＭＣ部１００ａ乃至１００ｎは、システムがＣＳＩフィードバックを遂行する場合に使用されることができる。上記ＣＳＩがフィードバックされない場合には、固定された符号化及び変調方式が遂行される。この際、ＡＭＣ部１００ａ乃至１００ｎは、固定された符号化及び変調方式を遂行する。

上記空間多重化技術において、ＣＳＩフィードバックを用いてＡＭＣを遂行する方法には、２種類がある。１番目の方法は、すべての送信アンテナに同一のＡＭＣ方法を適用するものである。このような方法をサポートするためには、受信器は１つの代表的なＣＳＩのみをフィードバックすればよい。
２番目の方法は、すべての送信アンテナに相互に異なるＡＭＣ方法を適用するものである。このような方法をサポートするために、受信器はそれぞれの送信アンテナに該当するＣＳＩをフィードバックしなければならない。すなわち、前者の方法は、後者の方法に比べて、ＣＳＩフィードバックオーバーヘッドが少ない。しかしながら、前者の方法では、１つのＡＭＣのみが、相互に異なるチャネル状態を経験する、相互に異なる送信アンテナに適用されるため、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムの容量改善効果が減少する。図４は、受信器が各送信アンテナに対するＣＳＩをフィードバックするための後者の方法を示し、それに従うＡＭＣ方法を採用する送信器を示す。このような空間多重化方法は、アンテナ別送信率制御（Per Antenna Rate Control：以下、“ＰＡＲＣ”と称する。）として知られている。

図５は、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムにおけるＰＡＲＣを採用する送信器の構成を示すブロック図である。図５を参照して、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムにおけるＰＡＲＣを採用する送信器の構成及び動作について説明する。

スケジューラ５０１は、上位レイヤーからＫ名の複数のユーザーの送信データ１０ａ乃至１０ｎを受信する。ここで、スケジューラ５０１は、チャネルセンシティブスケジューラである（以下、説明の便宜のために、“スケジューラ”と称する。）。スケジューラ５０１は、各ユーザー端末からフィードバックされたＣＳＩに基づいて、現時点で送信するのに最も適合したユーザー端末を選択する。スケジューラ５０１は、上記選択されたユーザーのデータを送信する次の過程で必要とされる制御情報を伝達するために、スケジューリング情報５１０をＡＭＣ制御器５０５に提供する。その後、ＡＭＣ制御器５０５は、スケジューリングされたユーザーを分析し、そのユーザーのチャネル状態に従うＡＭＣ命令を出す。すなわち、スケジューラ５０１は、送信データをどのアンテナを介してどのような符号化及び変調方法を使用して送信するものであるかに関する情報を生成し、上記生成された情報をＡＭＣ制御器５０５に提供する。したがって、ＡＭＣ制御器５０５は、送信アンテナに関する情報に基づいて、送信データストリームの個数及び各アンテナ別送信データのサイズを決定することができる。

多重化器５０３は、ＡＭＣ制御器５０５から提供された情報に基づいて、送信アンテナの個数及び各アンテナ別送信率に従って、スケジューラ５１０によりスケジューリングされたユーザー情報ビットストリームを多重化する。例えば、多重化器５０３は、チャネル状態が良好な送信アンテナを介して送信させることができるように、上記スケジューリングされたユーザー情報ビットストリームを多重化する。次の過程において、ＰＡＲＣは、上記多重化されたデータストリームに適用される。すなわち、上記多重化されたデータストリームは、個別にチャネル符号化変調器１１０ａ乃至１１０ｍに入力されて符号化及び変調がなされる。上記符号化及び変調がなされたデータストリームは、ＯＦＤＭ変調器２１０ａ乃至２１０ｍに入力されてＯＦＤＭ変調がなされる。その後、上記ＯＦＤＭ変調がなされたデータストリームは、ＲＦ信号に変換され、対応するアンテナ１３１及び１３２を介して送信される。

図５に示すシステムは、送信時点で一人のユーザーだけを選択し、全帯域にわたってデータストリームを送信する。すなわち、上記システムは、ＯＦＤＭＡシステムではない。しかしながら、全システム帯域を隣接したサブキャリアでそれぞれ構成されたサブチャネルに区分し、ＰＡＲＣを上記サブチャネルの各々に独立して適用することにより、上記システムをＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするＯＦＤＭＡシステムに容易に拡張することができる。他方、１つのユーザー信号だけを複数のアンテナを介して送信するために、ＳＤＭＡは実現されない。

以上では、従来のＭＩＭＯ技術をもって２種類の相互に異なる空間処理技術について説明した。
１番目の技術である空間ダイバーシティ技術は、送信データストリームの数を１つに固定し、チャネルが時間の経過に従って変化する現象を低下させる。２番目の技術である空間多重化技術は、複数のデータストリームを送信する。
図２及び図３で説明されたＳＴＣ符号化及びＳＦＣ符号化技術は、空間ダイバーシティ技術として分類できる。上述したように、上記ダイバーシティ技術は、チャネルの変化量を低減させることにより、チャネル低下の確率を減少させるのに役立つが、多くのデータを送信することができるチャネルを減少させる。このような理由で、上記空間ダイバーシティ技術は、システム容量を減少させてしまうものと知られている。他方、上記空間ダイバーシティは、ブロードキャストのように、送信器がチャネル状態に従って送信方法を変化させ難いトラフィックに対するカバレッジを広めるのに役立つ。

一方、上記ＳＴＣ符号化技術及び上記ＳＦＣ符号化技術は、最大空間ダイバーシティ利得を得るために、直交性を維持するように設計されるが、隣接したチャネルが変化する場合には、上記技術は、自己干渉を引き起こしてしまう。例えば、上記ＳＴＣ符号化技術は、高速の移動環境で、上記ＡＭＣ及び上記チャネルセンシティブスケジューリングを補完するのに役立つが、直交性が低下するため、リンク性能を低減させてしまう。上記ＳＦＣ符号化技術の場合には、時間遅延拡散がひどい環境では、隣接したサブキャリアが相互に異なるチャネル応答を経験するために、ここでも、直交性に影響し、リンク性能が低下する。

図４及び図５で説明されたＰＡＲＣ技術は、空間多重化技術として分類されることができる。上記ＰＡＲＣ技術は、空間相関度が高い環境で受信性能が低下するという問題点を抱えている。送信アンテナ別チャネル状態だけをフィードバックすることによりＡＭＣを遂行するため、上記空間相関度が高い環境では、チャネルがサポートすることができる容量を超過する量のデータを送信してしまう。上記高い空間相関度は、１本の送信アンテナが良好なチャネル状態を経験する場合に、他の送信アンテナも良好なチャネル状態を経験する確率が高いことを意味する。他方、相互に異なるアンテナが経験したチャネルが相互に類似するために、受信器は、相互に異なるアンテナから送信された信号を分離することができない。したがって、干渉は、同時に送信されたストリーム間で発生し、これにより、受信リンク性能が低下する。上記ＰＡＲＣ技術は、空間相関度がないチャネルを仮定して設計された方式であるため、空間相関度による受信リンク性能の低下を避けることができない。

他の問題点では、上記ＰＡＲＣ技術は、ＳＤＭＡをサポートしない。ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムは、マルチユーザーダイバーシティ（multi-user diversity）利得を得ることにより、システム容量を改善する。上記マルチユーザーダイバーシティは、チャネルが変化する移動通信環境でスケジューリングを介して適切なユーザーを選択し、上記選択されたユーザーにデータを送信する。上記システム容量は、チャネルが変化しない環境に比べて、低減されてしまう。従って、マルチアンテナ通信システムにおけるデータを送受信する改善した装置及び方法が必要とされる。

上述のような背景に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ＡＭＣ方法及びチャネルセンシティブスケジューリング資源管理方法を採用するＯＦＤＭＡシステムにおけるシステム容量を増加させる装置及び方法を提供することである。

他に本発明では、ＯＦＤＭＡシステムにおいて、ビーム形成、空間多重化、及びＳＤＭＡのような様々なＭＩＭＯ技術を適用することにより、データ送受信の効率性を増加させる装置及び方法を提供することを目的とする。

さらに本発明では、ＯＦＤＭＡシステムにおいて、ＣＳＩフィードバック量を低減させる装置及び方法を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する方法を提案する。上記方法は、上記チャネル状態情報に基づいて、上記基地局がデータを送信する端末を決定し、上記複数のアンテナの中で、上記基地局がデータを送信するアンテナを決定し、空間事前符号化方式を決定するステップと、上記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化し、上記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行するステップと、上記空間事前符号化方式に従って、複数の空間事前符号化マトリックスのうちの１つを選択するマトリックス選択信号を出力し、上記符号化された各ストリームを上記マトリックス選択信号に基づいて選択されたマトリックスで空間符号化するステップと、上記空間符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行した後に、上記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信するステップを含むことを特徴とする。

本発明の他の態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する装置を提案する。上記装置は、上記チャネル状態情報に基づいて、上記基地局がデータを送信する端末を決定し、上記複数のアンテナの中で、上記基地局がデータを送信するアンテナを決定し、空間事前符号化方式を決定するスケジューラと、上記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化する多重化器と、上記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行する変調及び符号化器と、上記空間事前符号化方式に従って、複数の空間事前符号化マトリックスのうちの１つを選択するマトリックス選択信号を出力する事前符号化制御器と、上記マトリックス選択信号に基づいて選択されたマトリックスで上記符号化された各ストリームを空間符号化する空間事前符号化器と、上記空間符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するＯＦＤＭ変調器と、上記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信する無線（ＲＦ）部と、を含むことを特徴とする。

本発明のさらなる他の態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する装置を提案する。上記装置は、上記チャネル状態情報に基づいて、上記基地局がデータを送信する端末を決定し、上記複数のアンテナの中で、上記基地局がデータを送信するアンテナを決定するスケジューラと、上記決定されたアンテナの数に従って送信データを複数のデータストリームに多重化する多重化器と、上記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行する変調及び符号化器と、選択された端末に送信されるデータストリームに適用される空間事前符号化命令を出力する事前符号化制御器と、上記空間事前符号化命令に基づいて選択された上記符号化された各ストリームを空間符号化する空間事前符号化器と、上記空間符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するＯＦＤＭ変調器と、上記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信する無線（ＲＦ）部と、を含むことを特徴とする。

本発明のさらなる他の１つの態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する方法を提案する。上記方法は、上記チャネル状態情報に基づいて、上記基地局がデータを送信する端末を決定し、上記複数のアンテナの中で、上記基地局がデータを送信するアンテナを決定するステップと、上記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化するステップと、上記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行するステップと、選択された端末に送信されるデータストリームに適用される空間事前符号化方式を決定し、上記決定された空間事前符号化方式を用いて上記データストリームの各々を空間符号化するステップと、上記空間符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するステップと、上記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明のさらにまた他の態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムにおける端末がデータを受信する装置を提案する。上記装置は、各アンテナから受信された信号から各送信アンテナを介して送信されたパイロット信号を抽出する送信アンテナパイロット抽出器と、上記送信アンテナ抽出器から受信された情報を用いてＭＩＭＯチャネルを推定するＭＩＭＯチャネル推定器と、上記推定されたＭＩＭＯチャネル及び事前符号化情報を用いて、事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを推定するための事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器と、上記受信された信号からデータを抽出するデータ抽出器と、上記事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器から出力された信号を用いて、上記データ抽出器で抽出されたデータの結合及び逆多重化を遂行する結合及び逆多重化器と、上記逆多重化された信号の復調及び復号化を遂行する復調及び復号器と、を含むことを特徴とする。

本発明のさらにその他の態様によれば、端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムにおける端末がデータを受信する方法を提案する。上記方法は、各アンテナから受信された信号から各送信アンテナを介して送信されたパイロット信号を抽出するステップと、上記抽出されたパイロット信号を用いてＭＩＭＯチャネルを推定するステップと、上記推定されたＭＩＭＯチャネル及び事前符号化情報を用いて、事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを推定するステップと、上記受信された信号からデータを抽出するステップと、上記推定された事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを用いて、上記抽出されたデータの結合及び逆多重化を遂行するステップと、上記逆多重化された信号の復調及び復号化を遂行するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明で提案する空間事前符号化器及び選択的事前符号化器は、スケジューラの判定に従って、ビーム形成、空間多重化、及びＳＤＭＡのような様々なＭＩＭＯ技術を実現することができる。

選択的事前符号化器は、空間事前符号化方法を決定するために、受信器から空間事前符号化に関連したＣＳＩフィードバックを受信する必要がないので、ＰＡＲＣと同一の量のフィードバックで向上したシステム容量を得ることができる。また、選択的空間事前符号化器は、周波数及び時間に従うチャネルの変化が非常に小さなチャネル環境で劣悪なチャネル状況を経験する際に、周波数及び時間に従ってチャネルが人為的に変化する効果を有することができる。このような効果は、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングの単位であるサブバンド及びタイムスロット毎に異なる空間事前符号化方法を適用することによって得られることができる。一般的に、公平性（fairness）を考慮して動作するシステムでは、周波数及び時間に従うチャネルの変化が非常に小さなチャネル環境にいるユーザーが劣悪なチャネル状況を経験する際に、チャネル状況が短時間内によくなることはないので、送信器は、資源を割り当てなければならない。このような場合には、システム容量が減少する。このような問題は、選択的空間事前符号化を使用して解決されることができる。このようにして、本発明は、システム容量を増加させ、オーバーヘッド負担を低減させるのに役立つという長所がある。

以下、本発明の好適な実施形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。下記の説明において、明瞭性と簡潔性の観点から、当業者に良く知られている機能や構成に関する具体的な説明は、省略する。

上述したように、マルチユーザーダイバーシティは、スケジューリングを遂行することができるレベルが増加するほど、さらに多くの利得を提供する。ＨＳＤＰＡ、ＥＶ-ＤＶ、及びＥＶ-ＤＯのような３Ｇ移動通信システムにおいて、上記スケジューリングは、時間軸のみで遂行される。他方、ＯＦＤＭＡシステムにおいて、上記スケジューリングは、時間及び周波数軸の両方で遂行させることができるので、システム容量を増加させることができる。したがって、本発明で説明されたＳＤＭＡの目的は、時間及び周波数軸だけでなく、空間軸でもスケジューリングを遂行することにより、マルチユーザーダイバーシティ利得を改善させ、システム容量を増加させることにある。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図６は、本発明の一実施形態による空間事前符号化を採用するマルチユーザーＭＩＭＯ送信器の構成を示すブロック図である。

説明の便宜上、図６は、拡張されたＯＦＤＭＡの代わりに、ＯＦＤＭを多重化方式として使用し、ＴＤＭＡを多重接続方式として使用するＯＦＤＭ-ＴＤＭＡシステムにおけるＭＩＭＯ送信器を示す。図６のシステムは、全システム帯域を隣接したサブキャリアでそれぞれ構成されたサブチャネルに区分し、ＰＡＲＣを上記サブチャネルの各々に独立して適用することにより、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングを採用するＯＦＤＭＡシステムに容易に拡張させることもできる。

図５と図６との間の差異点について説明する。
１番目に、送信器は、空間事前符号化器６０５を使用して多重ストリームを送信する。
２番目に、スケジューラは、１つのユーザー信号を選択し、上記選択された信号を送信するのではなく、幾つのユーザー信号を選択し、上記選択されたユーザー信号を送信することができる。

前者の差異点は、空間相関度が高い環境でＰＡＲＣの受信リンク性能の低下を防止するだけでなく、ＳＤＭＡを実現するのにも役立つ。後者の差異点は、ＳＤＭＡを実現することによりマルチユーザーダイバーシティ利得を改善することができる。

まず、空間事前符号化の特性を説明すると、次の通りである。
一般的に、ＭＩＭＯチャネルは、多重送受信アンテナ間のチャネルを元素として有する行列で表現させることができる。送信アンテナの個数がＭ個であり、受信アンテナの個数がＮ個である場合には、ＭＩＭＯチャネルを表現する行列式は、下記式（１）のように表現させることができる。

ここで、ｈ_ｎｍは、第ｍの送信アンテナから送信された信号が第ｎの受信アンテナで受信される際に、信号が経験するチャネル応答を示す。上記空間事前符号化も、下記式（２）で定義される行列式で表現されることができる。

ここで、ｅ_ｍｐは、ｐ番目の変調シンボルが第ｍの送信アンテナを介して送信される際に乗じられる係数を示す。本発明では、複数の空間事前符号化行列が提供され、上記空間事前符号化行列が状況に従って変化すると仮定する。すなわち、送信器は、Ｇ個の空間事前符号化方法を有しており、状況に従って、これら中の１つを選択する。Ｇ個の空間事前符号化方法の中で、ｇ番目の空間事前符号化方法に該当する空間事前符号化行列は、下記式（３）のように示される。

上記空間事前符号化技術は、ビーム形成技術で説明することができる。行列Ｅ^（ｇ）は、総Ｍ個の列ベクトルで構成され、列ベクトルの各々は、１つの変調シンボルを送信するためのビーム形成加重値と同一である。したがって、１つのビームを指すためには、どんな行列であるかを指定するｇ値とその行列でどんな列ベクトルであるかを指定するｍ値が必要である。上記空間事前符号化技術は、同時にＭ個のビームを形成する。上記空間事前符号化技術がＭ個のビットの中で１つのビームだけを活性化し、データストリームを送信する場合には、一般的なビーム形成技術が実現される。一人のユーザーに送信される複数のデータストリームを送信するために、上記空間事前符号化技術が同一の数のビームを活性化し、上記ストリームを個々のビームで送信する場合には、空間多重化が実現される。他方、ビーム毎に相互に異なるユーザーのストリームを運搬する場合には、ＳＤＭＡが実現される。すなわち、上記空間事前符号化技術は、送信ビーム形成、空間多重化、及びＳＤＭＡのような様々なＭＩＭＯ技術を同時にサポートすることができる。

上記空間事前符号化は、ＭＩＭＯチャネルを線形的に変換する他の方法で説明することができる。例えば、ｇ番目の空間事前符号化方法により変換されたＭＩＭＯチャネルは、下記式（４）の通りである。

上記ＭＩＭＯチャネルは、Ｇ個の空間事前符号化方法に従って、Ｇ個の相互に異なる等価ＭＩＭＯチャネルに変換されることができる。上記ユーザーが相互に異なるＭＩＭＯチャネルを経験するために、個別ユーザーが選好する空間事前符号化方法は異なる。複数の空間事前符号化方法を準備し、状況に従って空間事前符号化方法を変更する方法を用いて、追加のマルチユーザーダイバーシティ（multi-user diversity）利得を得ることができる。

本発明の実施形態では、空間事前符号化のための事前符号化行列の要素は、下記式（５）のように定義される。

上記空間事前符号化行列が上記の式（５）のように定義される場合には、単一（unitary）行列となる。上記空間事前符号化行列が単一行列であれば、ＭＩＭＯチャネルのチャネル容量が空間事前符号化により減少する状況が発生しない。

図６に示す送信器の構成及び動作について詳細に説明する。
送信器は、ユーザー受信器からＣＳＩを受信する。ここで、一人のユーザーが伝達するＣＳＩフィードバックは、空間事前符号化技術に従って３通りの方法に分けられる。

１番目の方法は、上記空間事前符号化過程が作ることができる全てのビームに対して、ＡＭＣのためのチャネル品質情報（Channel Quality Information：以下、“ＣＱＩ”と称する。）をフィードバックする方法である。Ｇ個の空間事前符号化行列及びＭ個の送信アンテナが存在すると、総ＧＭ個のＣＱＩは、ＣＳＩとしてフィードバックされる。この方法は、最も多くの量の情報をフィードバックすることにより最適のスケジューリングを遂行することができるという点で有利である。他方、この方法は、フィードバックによるオーバーヘッドが増加するという点で不利である。

２番目の方法は、選好する空間事前符号化方法を通知し、通知された上記方法を用いて作られることができるＭ個のビームに対するＣＱＩだけをフィードバックする。したがって、２番目の方法は、Ｍ個のＣＱＩ及び選好する空間事前符号化行列を示す選好マトリックスインデックス（Preferred Matrix Index：以下、“ＰＭＩ”と称する。）をフィードバックする。

上述した２通りの方法は、空間多重化のために使用されることができ、スケジューリング結果に従って、送信ビーム形成及びＳＤＭＡのために使用されることもできる。

３番目の方法は、選好する空間事前符号化方法及びその中で選好するビーム形成方法を通知し、そのビームを介して得られることができる１つのＣＱＩだけをフィードバックする。したがって、１つのＣＱＩ、ＰＭＩ、及び選好する列ベクトルを示す選好ベクトルインデックス（Preferred Vector Index：以下、“ＰＶＩ”と称する。）は、ＣＳＩとしてフィードバックされる。上記３通りの方法の中で、この方法は、最も少ない量のフィードバックオーバーヘッドを必要とする。他方、この方法は、送信ビーム形成及び単一ストリーム送信ＳＤＭＡのみに対して使用されることができる。

上述した方法のうちの１つを用いて受信器が送信したＣＳＩは、ＡＭＣ制御器６０１とスケジューリング及び多重化器６００とで収集される。まず、スケジューリング及び多重化器６００は、ＣＳＩフィードバック情報に基づいて空間事前符号化方法を決定し、上記決定された方法に従って形成された各ビームに伝達されるデータストリームを選択する。相互に異なるユーザーが同時に選択されると、ＳＤＭＡが実現される。一人のユーザーから複数のデータストリームを送信することを決定すると、スケジューリング及び多重化器６００は、空間多重化を実現する。また、一人のユーザーから１つのデータストリームを送信することを決定すると、スケジューリング及び多重化器６００は、送信ビーム形成を実現する。スケジューリング及び多重化器６００が上記空間事前符号化方法を決定することは、現時点で、どの空間事前符号化行列を適用するものであるかを決定することを意味する。上記決定された空間事前符号化方法は、事前符号化制御器６０３に伝達される。その後、事前符号化制御器６０３は、上記決定された空間事前符号化方法に対応する空間事前符号化行列インデックス６１１を検索し、空間事前符号化行列インデックス６１１を空間事前符号化器６０５に伝達する。スケジューリング及び多重化器６００は、決定されたスケジューリング情報６１５をＡＭＣ制御器６０１に伝達する。したがって、ＡＭＣ制御器６０１は、ＣＳＩフィードバック情報に基づいて、各ビームで適用される符号化及び変調方法を決定し、チャネル符号化変調器１１０-１乃至１１０-Ｍに伝達する。スケジューリング及び多重化器６００は、上位レイヤーから受信されたユーザーデータストリームの中で送信されることが決定された所定数のデータストリームを送信されるストリームの個数だけ多重化し、上記多重化されたストリームを各チャネル符号化変調器１１０-１乃至１１０-Ｍに出力する。

各チャネル符号化変調器１１０-１乃至１１０-Ｍは、スケジューリング及び多重化器６００によりスケジューリングされ多重化されたデータストリームに対するＡＭＣを遂行する。このようにＡＭＣがなされた出力信号は、空間事前符号化器６０５に入力される。空間事前符号化器６０５は、事前符号化制御器６０３により決定された事前符号化命令、すなわち、空間事前符号化行列インデックス６１１に基づいて空間事前符号化を遂行する。このような過程を介して、各送信アンテナを介して送信されるシンボルストリームが完成される。次いで、空間事前符号化されたシンボルストリームは、各アンテナに対応するパイロット挿入器６０７-１乃至６０７-Ｍに入力される。パイロット挿入器６０７-１乃至６０７-Ｍは、各アンテナに直交するパイロット信号を挿入し、パイロットが挿入された上記ストリームを対応するＯＦＤＭ変調器２１０-１乃至２１０-Ｍに出力する。ＯＦＤＭ変調器２１０-１乃至２１０-Ｍは、入力された信号をＯＦＤＭ信号に変換し、ＯＦＤＭ信号をＲＦ部１２２に出力する。ＲＦ部１２２は、ＯＦＤＭ信号をＲＦ信号に変換し、ＲＦ信号を多重送信アンテナ１３１乃至１３２を介して送信する。

ここで、上記データストリームは、空間事前符号化が適用されるが、パイロット信号は、空間事前符号化が適用されない。これは、現時点でデータが送信されないユーザーも、次の時点でデータが送信される場合にＣＳＩ情報をフィードバックしなければならないためである。現時点でデータが送信されるユーザーのために、空間事前符号化がパイロットに適用されると、データが送信されていないユーザーは、その事実を認識することができない。したがって、データが送信されないユーザーは、上記パイロットからＣＳＩ情報を生成することができない。直交するパイロットが図６の送信器で個々のアンテナを介して送信されると、各ユーザー受信器は、上記の式（４）を用いてＣＳＩ情報を生成することができる。

図７は、本発明の一実施形態によるビーム形成器で実現された図６の空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。図７を参照して、本発明の一実施形態による空間事前符号化器の構成及び動作について説明する。
事前符号化制御器６０３が決定した事前符号化命令、すなわち、空間事前符号化行列インデックス‘ｇ’６１１が空間事前符号化器６０５に伝達されると、第１のビーム形成器７０１-１は、ビーム形成加重値を使用して第１の列ベクトルのビーム形成を行い、第Ｍのビーム形成器７０１-Ｍは、ビーム形成加重値を使用してＥ^（ｇ）の第Ｍの列ベクトルのビーム形成を行う。このように、ビーム形成器７０１-１乃至７０１-Ｍによりビーム形成された信号は、加算器７０３-１乃至７０３-Ｍにより加算される。

図８は、本発明の他の実施形態によるフーリエ変換器で実現された図６の空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。図８を参照して、本発明の他の実施形態による空間事前符号化器の構成及び動作について説明する。
上述した式（５）の空間事前符号化行列を使用する場合には、空間事前符号化器６０５は、ＩＦＦＴを同時に送信される変調シンボルに適用する。したがって、上記変調シンボルは、フーリエ変換器８０１に入力されてＩＦＦＴが行われる。ここで、ＩＦＦＴは、送信方法に従って、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：以下、“ＦＦＴ”と称する。）又は離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform：以下、“ＤＦＴ”と称する。）に置き換えることができる。このようにフーリエ変換された各ストリームは、線形位相移相器８０３に入力される。線形位相移相器８０３は、事前符号化制御器６０３が決定した事前符号化命令、すなわち、空間事前符号化行列インデックス‘ｇ’６１１を用いて入力ストリームの位相を移相する。線形位相移相器８０３は、空間事前符号化行列インデックス‘ｇ’６１１を用いて、下記式（６）の位相移相をフーリエ変換器８０１によりＩＦＦＴ処理された変調シンボルの中で第ｍの送信アンテナを介して送信される変調シンボルに適用する。

上述したように、空間事前符号化器６０５は、ＩＦＦＴ部をＦＦＴ部に置き換えることができる。この場合に、空間事前符号化行列の要素は、下記式（７）のように定義され、位相移相は、下記式（８）のように定義される。

図９は、本発明の他の実施形態による選択的空間事前符号化を採用するマルチユーザー送信器の構成を示すブロック図である。
図９を説明するに先立って、図６の空間事前符号化技術を採用するマルチユーザーＭＩＭＯシステムが全ての場合のＣＱＩをフィードバックするか、ＰＭＩ及びＰＶＩのような追加のＣＳＩをフィードバックしなければならないことに留意すべきである。したがって、ＰＡＲＣシステムに比べて、ＭＩＭＯシステムは、さらに多くのフィードバックを遂行する。ＰＡＲＣ技術と同一のフィードバックオーバーヘッドを有する選択的空間事前符号化技術は、空間事前符号化技術を用いて実現されることができるビーム形成、空間多重化、及びＳＤＭＡのような様々な空間処理技術を使用することができる。

図９の選択的空間事前符号化技術と図６の空間事前符号化技術との間の送信器の構成での最も顕著な差は、選択的事前符号化制御器９０１がスケジューラにより制御されないことにある。すなわち、図６の空間事前符号化技術を採用するシステムは、受信器からフィードバックされた空間事前符号化方法を決定するために使用されたＣＳＩを受信し、スケジューラ６００は、ＣＳＩ情報に基づいて、どんな空間事前符号化を現時点で使用するものであるかを決定する。他方、図９の選択的空間事前符号化技術を採用するシステムは、受信器からフィードバックされたＣＳＩに基づいて、空間事前符号化方法を決定するのではなく、予め定められたパターンに基づいて空間事前符号化方法を決定する。

選択的事前符号化制御器９０１は、ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングの単位である特定のサブバンド（sub-band）及びタイムスロットでどんな空間事前符号化を適用するものであるかを決定し、選択的事前符号化命令（opportunistic pre-coding command）９０５を選択的空間事前符号化器９１０に伝達する。その他の過程は、図６で説明された対応する空間事前符号化過程と同一である。

選択的事前符号化制御器９０１は、次の２通りの方法で選択的空間事前符号化命令９０５を決定する。
１番目の方法は、空間事前符号化方法の順序を定義し、上記空間事前符号化方法を順次に変更する。
２番目の方法は、ランダム（random）変数を発生させ、上記空間事前符号化方法をランダムに決定する。

上述した２種類の方法のうちのいずれか１つが使用されても、受信器は、現時点及び次のスケジューリング時点で、どんな空間事前符号化が特定のサブバンドに適用されるかを予測できなければならない。すなわち、上記空間事前符号化方法を順次に変更する１番目の方法が使用される場合に、送信器及び受信器は、上記空間事前符号化方法の順序をすべて認識していなければならない。一方、上記空間事前符号化方法をランダムに変更する２番目の方法が使用される場合に、送信器及び受信器は、ランダム発生器の状態を同一に設定することにより、同一のランダム変数を発生するようにしなければならない。すなわち、送信器及び受信器は、上記空間事前符号化方法に対して同期化がなされなければならない。このようにして、受信器は、現時点で事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを推定することができ、次のスケジューリング時点で上記事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを予測することができる。このように、上記空間事前符号化方法が時間及び周波数に従って変更されても、動作に問題がない理由は、直交するパイロットが相互に異なるアンテナから送信されるためであり、その結果、上記空間事前符号化が適用されないＭＩＭＯチャネルを使用することができる。また、どの空間事前符号化が適用されたか、将来どの空間事前符号化が適用されるかを、受信器は認識しているため、受信及びＣＳＩフィードバック動作を遂行することができる。

図１０は、本発明の一実施形態によるビーム形成器で実現された図９の選択的空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。図１０を参照して、本発明の実施形態による選択的空間事前符号化の構成及び動作について説明する。
選択的事前符号化制御器９０１が生成した選択的事前符号化命令９０５は、ビーム順列パターン（beam permutation pattern）１００１と、事前符号化マトリックスインデックス（pre-coding matrix index）１００３と、から構成される。事前符号化マトリックスインデックス‘ｇ’１００３は、ビーム形成器１０１３-１乃至１０１３-Ｍに入力される。ビーム順列パターン１００１は、ビーム順列器１０１０に入力される。また、入力シンボルストリームは、ビーム順列器１０１０に入力される。ビーム順列器１０１０は、上記入力シンボルストリームをどんなビーム形成器に出力するものであるかを上記ビーム順列パターンに基づいて決定した後に、上記入力シンボルストリームを対応するビーム形成器に出力する。

このように、上記入力ビームストリーム及び事前符号化マトリックスインデックス‘ｇ’１００３を受信したビーム形成器１０１３-１乃至１０１３-Ｍは、ｇ番目の空間事前符号化行列の列ベクトルをビーム形成加重値として使用する。第１のビーム形成器１０１３-１は、ｇ番目の空間事前符号化行列の１番目の列ベクトルをビーム形成加重値として使用し、第Ｍのビーム形成器１０１３-Ｍは、ｇ番目の空間事前符号化行列のＭ番目の列ベクトルをビーム形成加重値として使用する。

ビーム順列パターン１００１は、選択的空間事前符号化器９１０に伝達された複数の変調シンボルストリームをそれぞれのビーム形成器にマッピングする方法を示す。ビーム順列器１０１０が特定の変調シンボルストリームをどのビーム形成器に入力するかをビーム順列パターン１００１に基づいて決定するため、同一の事前符号化マトリックスインデックスが決定されても、ビーム割当方法は変更される。このように、特定の変調シンボルストリームを特定のビーム形成器に入力する調整機能は、ビーム順列器１０１０により遂行される。

図１１は、本発明の他の実施形態によるＦＦＴ部で実現された図９の選択的空間事前符号化器の一構成例を示すブロック図である。図１１を参照して、本発明の他の実施形態によるＦＦＴ部で実現された選択的空間事前符号化器の構成及び動作について説明する。

図１１のフーリエ変換器８０１及び線形位相移相器８０３は、図８に示したものと実質的に同一である。また、事前符号化マトリックスインデックス１１０１を用いて線形位相移相器８０３を制御する動作は、ＦＦＴ部で実現された図８の空間事前符号化器の対応する動作と実質的に同一である。他方、選択的空間事前符号化器は、ビーム順列器１０１０を含む。ビーム順列器１０１０は、ビーム順列パターン１００１を受信し、ビーム順列過程をＦＦＴ又はＩＦＦＴ過程の前に遂行するという点だけで異なる。上記ビーム順列過程については、図９及び図１０で説明した。

図１２は、本発明の一実施形態による図６の空間事前符号化送信器に対応する受信器の一構成例を示すブロック図である。図１２を参照して、本発明の一実施形態による空間事前符号化送信器に対応する受信器の構成及び動作について説明する。

受信器は、Ｎ個の多重受信アンテナ１２００-１乃至１２００-２で信号を受信する。本明細書では、重複した説明を避けるために、第１の受信アンテナ１２００-１を参照して受信過程を説明する。上記受信された信号は、ＲＦ部１２０１を介して基底帯域信号に変換される。ＯＦＤＭ復調器１２０３は、各サブキャリアで送信された基底帯域信号を復元する。各送信アンテナから送信された直交パイロット信号を抽出する送信アンテナパイロット抽出器１２０５-１乃至１２０５-２は、各送信アンテナ別パイロット信号を抽出する。第１の送信アンテナパイロット抽出器１２０５-１で抽出されたパイロット信号１２０７-１は、第１の送信アンテナから送信されたパイロット信号であり、第１の送信アンテナから送信された信号が第１の受信アンテナで受信される際に、上記信号が経験するチャネル応答を含む。第２の送信アンテナパイロット抽出器１２０５-２で抽出されたパイロット信号１２０７-２は、第２の送信アンテナから送信されたパイロット信号であり、第２の送信アンテナから送信された信号が第２の受信アンテナで受信される際に、上記信号が経験するチャネル応答を含む。同一の方法で、第Ｎの受信アンテナ（図示せず）まで受信されたパイロット信号１２０７-Ｎが抽出されると、上記抽出された全てのパイロットシンボルは、ＭＩＭＯチャネル推定器１２２１に入力される。ＭＩＭＯチャネル推定器１２２１は、上記空間事前符号化が適用されない純粋なＭＩＭＯチャネル行列を推定し、上記ＭＩＭＯチャネル行列を事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０に伝達する。

一方、対応する受信器に送信されたデータに適用された事前符号化情報（pre-coding information）１２２０は、事前符号化制御器１２２３に入力される。事前符号化制御器１２２３は、事前符号化情報１２２０を用いて受信データに適用された空間事前符号化行列１２３３を生成し、上記生成された空間事前符号化行列１２３３を事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０に伝達する。事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０は、上記受信データが現在経験する事前符号化されたＭＩＭＯチャネルを推定し、また、上記受信データが次のスケジューリング時点で経験すると思われる事前符号化された全てのＭＩＭＯチャネルを推定した後に、上記推定された値１２３１をＣＳＩ推定器１２３２に出力する。ＣＳＩ推定器１２３２は、事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０から推定された値に基づいてＣＳＩフィードバック値１２３７を生成し、上記生成されたＣＳＩフィードバック値１２３７を送信器に送信する。また、事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０から予め推定された値１２３５は、データ復調のために使用されるように結合及び逆多重化器１２５１に伝達される。

データ抽出器１２１０は、受信器に送信された変調シンボルをＯＦＤＭ変調器１２０３を介して各サブキャリア上の信号から抽出する。データ抽出器１２１０は、受信器が受信しなければならない信号だけを抽出し、上記抽出された信号を結合及び逆多重化器１２５１に出力する。このような動作は、各アンテナに対応するデータ抽出器毎に遂行される。したがって、各受信アンテナから抽出されたデータ変調シンボル１２４１-１乃至１２４１-Ｎのすべてを受信した後に、結合及び逆多重化器１２５１は、上記受信されたシンボルを結合し、送信器から受信器に送信された複数のデータストリームの変調シンボル１２５３-１乃至１２５３-Ｎに復元する。したがって、結合及び逆多重化器１２５１は、複数のデータストリーム変調シンボル１２５３-１乃至１２５３-Ｎを逆多重化し、その結果を干渉除去器１２６０に出力する。干渉除去器１２６０は、点線で示される。上述した通りに、点線で表示された部分は、システムに従って選択的である。したがって、一部の受信器は、干渉除去器１２６０を使用しないこともある。

他方、ここでは、干渉除去器１２６０が提供されると仮定する。干渉除去器１２６０は、以前値から抽出された情報を用いて、入力信号からの干渉を除去し、上記干渉が除去された信号を適応復調及び復号器１２７０-１乃至１２７０-Ｍに出力する。

図１３は、本発明の一実施形態による図９の選択的空間事前符号化送信器に対応する受信器の一構成例を示すブロック図である。図１３を参照して、本発明の一実施形態による選択的空間事前符号化送信器に対応する受信器の構成及び動作について説明する。
図１３の選択的空間事前符号化受信器と図１２の空間事前符号化受信器との間の最も顕著な差は、選択的事前符号化制御器１３０１が事前符号化情報を個別に受信せず、空間事前符号化行列１３０３を自発的に生成し、空間事前符号化行列１３０３を事前符号化ＭＩＭＯチャネル推定器１２３０に直接伝達することである。その他の過程は、図１２の対応する過程と実質的に同一である。

図１４は、本発明の一実施形態による送信器でデータストリームを送信する過程を示すフローチャートである。図１４を参照して、本発明の一実施形態による送信器でデータストリームを送信する過程について説明する。
送信器は、ステップ１４０１で、上位レイヤーから各ユーザーのデータストリームを受信する。送信器は、ステップ１４０２で、受信器からフィードバックされたＣＳＩ情報を収集する。送信器は、ステップ１４０３で、全ての可能な空間事前符号化方法を準備する。送信器が空間事前符号化を使用する場合には、上記空間事前符号化方法は、このステップで決定されない。送信器は、ステップ１４０４で、上記全ての可能な空間事前符号化方法に対するスケジューリングを遂行する。

他方、送信器が選択的事前符号化を使用する場合に、上記空間事前符号化方法は、ステップ１４０３で決定される。次いで、ステップ１４０４で、送信器は、どのユーザーのデータストリームがスケジューラによりスケジューリングされるものであるかを決定する。ここで、上記スケジューリングは、ステップ１４０３で決定された空間事前符号化方法に基づいて遂行される。スケジューリングされたユーザーのデータストリームは、ステップ１４０５で、符号化及び変調過程を介して変調信号に変換される。その後、送信器は、ステップ１４１１で、使用される事前符号化方法が空間事前符号化方法であるか否かを検査する。上記検査の結果、上記事前符号化方法は、使用される事前符号化方法が空間事前符号化方法であるか、または選択的事前符号化方法であるかに従って変更される。

上記事前符号化方法の選択にあたり、システムまたはユーザーは、空間事前符号化方法又は選択的事前符号化方法のうちの１つを選択する。すなわち、システム内の全てのユーザーは１つの事前符号化方法を使用することができ、一部のユーザーは空間事前符号化方法を使用することができ、他のユーザーは、選択的事前符号化方法を使用することができる。

送信器が空間事前符号化方法を使用する場合には、ステップ１４１２で、スケジューラから事前符号化命令を受信し、ステップ１４１３で、空間事前符号化を遂行する。他方、送信器が選択的事前符号化方法を使用する場合には、ステップ１４１４で、予め定義されたパターンに従って事前符号化命令を生成し、ステップ１４１５で、その命令に従って空間事前符号化を遂行する。
ステップ１４１３又はステップ１４１５を遂行した後に、送信器は、ステップ１４３１で、パイロット信号を事前符号化された信号に添付し、ステップ１４３２で、上記パイロットが添付された信号をＯＦＤＭ変調によりＯＦＤＭシンボルに変換する。送信器は、ステップ１４３３で、ＲＦ処理過程を介して基底帯域ＯＦＤＭシンボルをＲＦ信号に変換した後に、ステップ１４３４で、上記ＲＦ信号を多重送信アンテナを介して送信する。

図１５は、本発明の一実施形態による受信器でデータストリームを受信する過程を示すフローチャートである。図１５を参照して、本発明の一実施形態による受信器でデータストリームを受信する過程について説明する。
受信器は、ステップ１５００で、ＲＦ信号を多重受信アンテナから受信し、ステップ１５０１で、上記ＲＦ信号を基底帯域信号に変換する。このように、上記変換された基底帯域信号がＯＦＤＭシンボルであるため、受信器は、ステップ１５０２で、ＯＦＤＭ復調器を用いて各サブキャリアに乗せられて送信された変調信号を復元する。その後、受信器は、ステップ１５０３で、パイロット及び制御信号を抽出し、ステップ１５０４で、上記抽出されたパイロットを用いてＭＩＭＯチャネルを推定する。

次いで、受信器は、事前符号化ＭＩＭＯチャネルを推定する過程を遂行する。受信器は、ステップ１５０５で、送信器で使用された空間事前符号化命令を生成し、ステップ１５０６で、上記生成された値を用いて事前符号化ＭＩＭＯチャネルを推定する。上記事前符号化ＭＩＭＯチャネルが推定されると、受信器は、ＣＳＩフィードバック値を生成するにあたり、上記推定された事前符号化ＭＩＭＯチャネルを使用する。上記推定された事前符号化ＭＩＭＯチャネルを用いて、受信器は、上記空間事前符号化方法が適用された変調信号を復元することができる。したがって、受信器は、ステップ１５０７で、データの復元のために必要とされる制御信号を復元し、ステップ１５０８で、上記制御信号に基づいてデータを抽出する。次いで、受信器は、ステップ１５０９で、上記推定された事前符号化ＭＩＭＯチャネルに基づいて、上記抽出されたデータを結合する。その後、受信器は、ステップ１５１０で、上記結合された信号を最終的に復調して復号化することにより、送信されたデータストリームを復元する。

以上、本発明を具体的な実施形態を参照して詳細に説明してきたが、本発明の範囲及び精神を逸脱することなく様々な変形が可能であるということは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかであり、本発明の範囲は、上述の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものの範囲内で定められるべきである。

時空間符号化（ＳＴＣ）を採用する無線通信システムにおける送信器の構成を示す図である。ＯＦＤＭ-ＳＴＣ符号化を採用する送信器の構成を示す図である。ＯＦＤＭ-ＳＦＣ符号化を採用する送信器の構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭ基盤空間多重化を採用する送信器の構成を示すブロック図である。ＡＭＣ及びチャネルセンシティブスケジューリングをサポートするシステムにおけるＰＡＲＣを採用する送信器の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による空間事前符号化を採用するマルチユーザーＭＩＭＯ送信器の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるビーム形成器で実現された図６の空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態によるフーリエ変換器で実現された図６の空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態による選択的空間事前符号化を採用するマルチユーザー送信器の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるビーム形成器で実現された図９の選択的空間事前符号化器の構成を示すブロック図である。本発明の他の実施形態によるＦＦＴ部で実現された図９の選択的空間事前符号化器の一構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態による図６の空間事前符号化送信器に対応する受信器の一構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態による図９の選択的空間事前符号化送信器に対応する受信器の一構成例を示すブロック図である。本発明の一実施形態による送信器でデータストリームを送信する過程を示すフローチャートである。本発明の一実施形態による受信器でデータストリームを受信する過程を示すフローチャートである。

符号の説明

１０データ
１１０チャネル符号化変調器
１２２ＲＦ部
１３１多重送信アンテナ
２１０ＯＦＤＭ変調器
５０１スケジューラ
５０３ＭＵＸ
５０５ＡＭＣ制御部
５１０スケジューリング情報
５１１ＣＳＩフィードバック

Claims

端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する方法であって、
前記チャネル状態情報に基づいて、前記基地局がデータを送信する端末を決定し、前記複数のアンテナの中で、前記基地局がデータを送信するアンテナを決定し、複数の空間事前符号化方式のうち一つを決定するステップと、
前記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化し、前記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行するステップと、
前記空間事前符号化方式に従って、複数の空間事前符号化マトリックスのうちの１つを選択するマトリックス選択信号を出力し、前記符号化された各ストリームを前記マトリックス選択信号に基づいて選択されたマトリックスで空間事前符号化するステップと、
前記空間事前符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行した後に、前記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信するステップと、
を含み、
前記チャネル状態情報を用いて符号化及び変調方式を決定するステップをさらに含み、
前記各ストリームは、前記決定された符号化及び変調方式に従って適応的に符号化され変調され、
前記空間事前符号化するステップは、
前記符号化及び変調された各ストリームを受信し、前記受信されたストリームに対する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を遂行するステップと、
前記決定された空間事前符号化方式に対応する前記選択されたマトリックスのインデックスを用いて前記ＩＦＦＴ処理された各ストリームの位相を移相するステップと、を含むことを特徴とする方法。
前記空間事前符号化された各ストリームに対応するアンテナを介して送信されるパイロット信号を挿入するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する装置であって、
前記チャネル状態情報に基づいて、前記基地局がデータを送信する端末を決定し、前記複数のアンテナの中で、前記基地局がデータを送信するアンテナを決定し、複数の空間事前符号化方式のうち一つを決定するスケジューラと、
前記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化する多重化器と、
前記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行する変調及び符号化器と、
前記空間事前符号化方式に従って、複数の空間事前符号化マトリックスのうちの１つを選択するマトリックス選択信号を出力する事前符号化制御器と、
前記マトリックス選択信号に基づいて選択されたマトリックスで前記符号化された各ストリームを空間事前符号化する空間事前符号化器と、
前記空間事前符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するＯＦＤＭ変調器と、
前記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信する無線（ＲＦ）部と、
を含み、
前記チャネル状態情報を用いて符号化及び変調方式を決定する適応変調符号化（ＡＭＣ）制御器をさらに含み、
前記変調及び符号化器は、前記適応変調符号化制御器の制御の下で、各送信ストリームを適応的に符号化して変調し、
前記空間事前符号化器は、
前記符号化及び変調された各ストリームを受信し、前記受信されたストリームに対する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を遂行する逆高速フーリエ変換器と、
前記決定された空間事前符号化方式に対応する前記選択されたマトリックスのインデックスを用いて、前記ＩＦＦＴ処理された各ストリームの位相を移相する位相移相器と、を含むことを特徴とする装置。
前記空間事前符号化された各ストリームに対応するアンテナを介して送信されるパイロット信号を挿入するパイロット挿入器をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する装置であって、
前記チャネル状態情報に基づいて、前記基地局がデータを送信する端末を決定し、前記複数のアンテナの中で、前記基地局がデータを送信するアンテナを決定するスケジューラと、
前記決定されたアンテナの数に従って送信データを複数のデータストリームに多重化する多重化器と、
前記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行する変調及び符号化器と、
選択された端末に送信されるデータストリームに適用される複数の空間事前符号化命令のうち一つを前記端末と基地局との間に予め定められた方式により決定し、前記決定された空間事前符号化命令を出力する事前符号化制御器と、
前記決定された空間事前符号化命令に基づいて選択された前記符号化された各ストリームを空間事前符号化する空間事前符号化器と、
前記空間事前符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するＯＦＤＭ変調器と、
前記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信する無線（ＲＦ）部と、
を含み、
前記チャネル状態情報を用いて、変調及び符号化方式を決定する適応変調符号化（ＡＭＣ）制御器をさらに含み、
前記変調及び符号化器は、前記適応変調符号化制御器の制御の下で、各送信ストリームを適応的に符号化して変調し、
前記空間事前符号化器は、
前記符号化及び変調された各ストリームを受信し、前記受信されたストリームに対する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を遂行する逆高速フーリエ変換器と、
前記決定された空間事前符号化命令に対応して選択されたマトリックスのインデックスを用いて、前記ＩＦＦＴ処理された各ストリームの位相を移相する位相移相器と、を含むことを特徴とする装置。
前記空間事前符号化器は、
前記空間事前符号化命令に基づいて、複数のビーム形成パターンのうちの１つを選択し、前記選択されたビーム形成パターンに基づいて前記受信されたストリームをビーム形成するためのマッピングを行い、マッピングした各ストリームを前記逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）に提供するビーム順列器
を含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
前記空間事前符号化された各ストリームに対応するアンテナを介して送信されるパイロット信号を挿入するパイロット挿入器をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
端末からフィードバックされたチャネル状態情報に基づいてデータを送信し、多入力多出力（ＭＩＭＯ）方式で複数のアンテナを使用する無線通信システムの基地局でデータを送信する方法であって、
前記チャネル状態情報に基づいて、前記基地局がデータを送信する端末を決定し、前記複数のアンテナの中で、前記基地局がデータを送信するアンテナを決定するステップと、
前記決定されたアンテナの数に従って、送信データを複数のデータストリームに多重化するステップと、
前記データストリームの各々に対する変調及び符号化を遂行するステップと、
選択された端末に送信されるデータストリームに適用される複数の空間事前符号化方式のうち一つを前記端末と前記基地局との間に予め定められた方式により決定し、前記決定された空間事前符号化方式を用いて前記データストリームの各々を空間事前符号化するステップと、
前記空間事前符号化された各ストリームに対する直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）変調を遂行するステップと、
前記ＯＦＤＭ変調された各ストリームを対応するアンテナを介して送信するステップと、を含み、
前記チャネル状態情報を用いて符号化及び変調方式を適応的に決定し、前記決定された符号化及び変調方式で前記データストリームの各々を符号化して変調し、
前記空間事前符号化するステップは、
前記符号化及び変調された各ストリームを受信し、前記受信されたストリームに対する逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）を遂行するステップと、
前記決定された空間事前符号化方式に基づいて選択されたマトリックスのインデックスを用いて、前記ＩＦＦＴ処理された各ストリームの位相を移相するステップと、を含むことを特徴とする方法。
前記空間事前符号化するステップは、
前記決定された空間事前符号化方式に基づいて、複数のビーム形成パターンのうちの１つを選択し、前記選択されたビーム形成パターンに基づいて前記受信されたストリームをビーム形成するためのマッピングを行い、マッピングした各ストリームを前記逆高速フーリエ変換（ＩＦＦＴ）に提供するビーム順列ステップ
をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
前記空間事前符号化された各ストリームに対応するアンテナを介して送信されるパイロット信号を挿入するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。