KR100607834B1 - 송신기 및 수신기에서 멀티-엘리먼트 안테나를 이용하는 시공간구조의 무선 통신 시스템 - Google Patents
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Abstract
Description
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
65: 심벌 처리기 70: 멀티플렉서
100: 수신 처리기 200: 송신 처리기
본 발명은 송신기 및 수신기 양자에서 멀티-요소 안테나들(Multi-Element Antennas :MEA)을 이용하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
디지털 무선 통신 시스템의 전송 용량(최대 비트 레이트)은 (a) 송신기에서의 총 방출 파워, (b) 송신기 및 수신기에서의 안테나 요소들의 수, 대역 폭, (c) 수신기에서의 잡음 파워, (d) 전파 환경 등의 특성들을 포함하는 다수의 상이한 파라미터들에 기초한다. 송신기 및 수신기 양자에서 상당한 수의 안테나들을 사용하며 소위 레일리 페이딩 환경(Rayleigh fading environment)에서 코딩도 없이도 동작하는 무선 전송 시스템에 대해서, 비트 레이트는 예를 들면, 이상적인 신호 대 잡음비(SNR)가 18 dB인 Hz 마다 초당 36 비트들로 매우 클 수 있다. 지금까지, 통신 시스템이 이러한 레이트의 프렉션(fraction)에서 데이터를 교환하는 것이 어려웠다. 그 주된 이유는, 종래의 기술에서는 큰 비트 레이트 시스템을 구현하기 위해 해결되어야 하는 문제점들을 인식하지 못했기 때문이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 무선 채널의 전송(H 매트릭스) 특성들이 송신기에 알려져 있지 않은 경우 m 차원 시스템들은 m 개의 1 차원 시스템(상이한 용량을 가질 수도 있음)으로 분해하므로써, 상당한 비트 레이트로 전송하는 무선 통신 시스템이 얻어질 수 있다는 것을 이해하였다. 특히 본 발명의 원리에 따르면, 신호 벡터들의 버스트가 상이한 데이터 심벌들로부터 형성되고, 이어서 멀티-요소 안테나 어레이를 통하여 송신기에 의해 송신된다. 송신된 벡터 심벌들은 무선 수신기와 관련된 복수의 상이한 안테나들에 의해 신호 벡터들로서 수신된다. 송신 벡터 심벌의 심벌 성분들은 (임의의) 순서를 가지며, 수신기는 이들 송신 성분들을 최적으로 재배열(reordering)하고, 수신된 벡터를 처리하여 상기 재배열된 송신 심벌 성분들을 판정한다. 이러한 처리는 상기 재배열된 성분들의 가장 낮은(예를 들면, 제 1) 레벨로부터 시작하며, 각각의 레벨에 대하여, 더 낮은 레벨들이 존재하는 경우에는 그 레벨로부터 간섭 기여분들(contributions)을 소거(cancel)하고, 더 높은 레벨들이 존재하는 경우에는 그 레벨로부터 간섭 기여분들을 널링(nulling)한다.
Claims (17)
- k 개의 안테나들을 갖는 송신기를 포함하는 통신 시스템으로서, 상기 송신기는 소스로부터의 m-차원 송신 심벌 벡터(m-dimensional transmit symbol vector)의 수신에 응답하고, 상기 송신 심벌 벡터의 성분들은 QAM 심벌들을 포함하고, 상기 송신 심벌 벡터는 미리정해진 변조 기술을 이용하여 상기 k 개의 안테나들 중 m 개의 안테나들을 통하여 송신되고, k≥m>1인, 상기 통신 시스템에 있어서,상기 송신기로부터의 신호들을 n-차원 수신 신호 벡터들로서 수신하기 위한 n 개의 안테나들을 갖는 수신기를 포함하고, n≥m 이고, 상기 수신 신호 벡터들 각각은 상기 송신기로부터의 심벌들과 가산성 잡음(additive nose)의 선형 조합을 포함하고,상기 수신기는 상기 m-차원 송신 심벌 벡터의 추정치를 형성하기 위해 상기 n-차원 수신 신호 벡터를 처리하는 검출 처리기를 더 포함하고,상기 검출 처리기는,(a) 상기 송신 심벌 벡터의 m 개의 성분들이 추정되는 순서를 규정하는 정수들(1, 2, ... m)의 양호한 순열(permutation)을 결정하고, 상기 양호한 순열은 상기 m 개의 성분들의 신호 대 잡음비의 함수이며,(b) 아직 추정되지 않은 송신 심벌 벡터 성분들(i+1), (i+2), ...... (m)에 의한 기여분들(contributions)을 상기 수신 신호 벡터로부터 널링(nulling)하고, 이미 추정된 송신 심벌 벡터 성분들(1), (2), ... (i-1)에 의한 기여분들을 상기 수신 신호 백터로부터 소거(cancel)하므로써, 상기 양호한 순열에 의해 규정된 순서로 상기 송신 심벌 벡터의 (i) 번째 순서의 성분을 추정하고, (i)가 상기 양호한 순열의 i 번째 요소를 나타내는 처리기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 검출 처리기는, 신호 전파 환경을 특징짓는 수신된 트레이닝 신호들(training signals)을 반복적으로 처리하여 m 개의 공간적으로 매칭된 필터 벡터들의 세트를 발생하고, 상기 m 개의 송신된 심벌들을 검출하기 위해 가장 큰 신호 대 잡음비(SNR)를 제공하도록 구성되는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 m 개의 송신 심벌들을 검출하기 위한 순서는 상기 검출 처리의 m 개의 신호 대 잡음비들의 최소치를 최대화하는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 송신기 안테나들의 선택은 송신 벡터 심벌들의 그룹을 전송하기 전에 랜덤하게 변화되는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 수신기에서 상기 송신기로의 무선 피드백 채널을 더 포함하고, 상기 송신기 안테나들의 선택은 상기 수신기가 상기 무선 피드백 채널을 통하여 상기 송신기에 공급하는 송신 환경에 관한 정보에 기초하는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 수신기에서 상기 송신기로의 무선 피드백 채널을 더 포함하고, 상기 송신기는 소스에 의해 공급된 심벌들의 디멀티플렉스된 스트림의 서브스트림들을 송신 안테나들의 미리정해진 세트 중의 각 송신 안테나들을 통해 송신하고, 상기 무선 피드백 채널을 통해 상기 수신기에 의해 공급된 송신 환경에 관한 정보에 기초하여 상기 안테나들의 세트를 형성하는 안테나들에 대한 선택을 변경하는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 수신기에서 상기 송신기로의 무선 피드백 채널을 더 포함하고, 상기 송신기는 상기 k 개의 송신기 안테나들의 서브세트를 통해 벡터 심벌을 송신하고, 상기 서브세트는 무선 피드백 채널을 통해 상기 수신기에 의해 공급된 송신 환경에 관한 정보에 기초하여 선택되는, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 상기 수신기는 n 보다 더 큰 임의의 개수의 수신 안테나들을 가지며, 상기 송신기로부터의 신호들을 n-차원 수신 신호 벡터들로서 수신하는데 사용되는 상기 n 개의 안테나들은 상기 임의의 개수의 수신 안테나들의 서브세트인, 통신 시스템.
- 제 1항에 있어서, 심벌들이 상기 수신기에서 정확히 수신될 수 있는 레이트(rate)는 상기 심벌들을 송신하는데 사용되는 송신 안테나들의 수 및 송신 전력의 레벨의 대수(logarithmic)에 비례하여, 심벌들이 상기 송신기에서 송신될 수 있는 전력 레벨은 상기 심볼를 전송하는데 사용되는 송신 안테나들의 수를 증가시키므로써 감소될 수 있는, 통신 시스템.
- 심벌들의 스트림의 소스와,복수의 송신기 안테나들을 포함하는 무선 송신기에 있어서,상기 심벌 스트림을 심벌들의 m 개의 서브스트림들로 디멀티플렉스하고, 이어서, 미리정해진 변조 기술을 이용하여 상기 송신기 안테나들 중 선택된 하나를 통하여 심벌들의 각 서브스트림을 송신하는 송신 처리기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 무선 송신기.
- 제 10항에 있어서, 상기 복수의 송신기 안테나들은 m 보다 더 큰 개수의 안테나들이고, m>1 이고, 상기 심벌들의 m 개의 서브스트림들을 송신하는데 사용되는 상기 m 개의 송신기 안테나들의 선택은 임의적인, 무선 송신기.
- 제 10항에 있어서, 상기 송신기 안테나들의 선택은 심벌들의 그룹의 송신 전에 랜덤하게 변화되는, 무선 송신기.
- 제 10항에 있어서,상기 송신된 심벌들을 수신하기 위한 수신기와,상기 수신기에서 상기 송신기로의 무선 피드백 채널을 더 포함하고,상기 송신 처리기는, 상기 수신기가 상기 무선 피드백 채널을 통해 상기 송신기에 공급하는 송신 환경에 관한 정보에 기초하여 상기 송신기 안테나들을 선택하는, 무선 송신기.
- 제 10항에 있어서, 상기 송신된 심벌들의 수신기에서 상기 송신기로의 무선 피드백 채널을 더 포함하고, 상기 송신기는 복수의 송신기 안테나들의 서브세트를 통하여 벡터 심벌을 송신하고, 상기 서브세트는 상기 무선 피드백 채널을 통하여 상기 수신기로부터 수신된 송신 환경에 관한 정보에 기초하여 선택되는, 무선 송신기.
- 수신 신호 벡터를 형성하는 n(n>1) 개의 신호 성분들을 각각 수신하는 복수의 수신기 안테나들을 포함하는 무선 수신기에 있어서,수신 신호 벡터를 신호 벡터들의 버스트(burst)를 형성하는 다른 수신 신호 벡터들과 함께 메모리에 저장하는 처리기와,검출 처리기를 포함하며,상기 검출 처리기는,송신 신호 벡터의 성분들을 결정하기 위해 특정한 판정 통계치들에 대해 결정된 각각의 신호 대 잡음비들의 함수로서 결정된 순서로 상기 저장된 수신 신호 벡터를 처리하여,(a) 처리된 송신 심벌 벡터 성분들로부터 발생하는 간섭이 현재 처리되고 있는 신호 벡터로부터 소거되고,(b) 아직 처리되지 않은 송신 심벌 벡터 성분들로부터 발생하는 간섭이, 이 간섭이 차지하는 공간에 직교하는 상기 신호 벡터를 투영하고, 이어서, 상기 송신 심벌 벡터의 성분들을 식별하도록 미리정해진 변조 기술에 따라서 상기 투영된 신호 벡터를 처리함으로써 현재 처리되고 있는 상기 신호 벡터로부터 널링되게 하는 것을 특징으로 하는, 무선 수신기.
- 제 15항에 있어서, 상기 검출 처리기는 송신 환경을 특징짓는 데이터를 반복적으로 처리하여, 상기 송신 심벌 벡터의 성분들을 검출하기 위해 가장 큰 신호 대 잡음비(SNR)를 제공하는 m 개의 공간적으로 매칭된 필터 벡터들의 세트를 생성하는 것을 포함하는, 무선 수신기.
- 제 15항에 있어서, 상기 송신 심벌 벡터의 성분들을 검출하기 위한 순서는 상기 검출 처리의 신호 대 잡음비의 최소치를 최대화하는 것인, 무선 수신기.
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