KR100828466B1

KR100828466B1 - 다중-안테나 통신 시스템에서 공간 확산을 이용한브로드캐스트 송신

Info

Publication number: KR100828466B1
Application number: KR1020067014449A
Authority: KR
Inventors: 제이 로드니 왈턴; 존 더블유 케첨; 마크 에스 월리스; 스티븐 제이 하워드
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2004-12-13
Publication date: 2008-05-13
Also published as: KR20070018825A

Abstract

다중-안테나 시스템의 액세스 포인트는 액세스 포인트에 의해 브로드캐스트되는 데이터 심볼의 각각의 블록에 대해 각각의 이용자 단말기에 의해 관측되는 "유효 (effective)" 채널을 랜덤화하기 위해 공간 확산을 이용하여 데이터를 브로드캐스트한다. 액세스 포인트에서, 데이터는 코딩, 인터리빙, 및 변조되어 N_M 송신 범위에서 브로드캐스트될 N_D 데이터 심볼 블록을 얻으며, 여기서 N_D≥1 및 N_M>1 이다. N_D 데이터 심볼 블록은, 각각의 송신 범위에 대해 하나의 서브블록인, N_M 데이터 심볼 서브블록으로 파티션된다. 스티어링 매트릭스는 각각의 서브블록에 대해 (예를 들어, 결정적 또는 의사-랜덤한 방식으로 L 스티어링 매트릭스의 세트 중에서) 선택된다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 송신 심볼을 얻기 위해 그 서브블록에 대해 선택된 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스되고, 이는 추가적으로 프로세스되어 NT 송신 안테나를 통해 하나의 송신 범위에서 브로드캐스트 커버리지 영역 내의 이용자 단말기로 브로드캐스트된다.

다중-안테나 통신 시스템, 공간 확산, 브로드캐스트

Description

다중-안테나 통신 시스템에서 공간 확산을 이용한 브로드캐스트 송신{BROADCAST TRANSMISSION WITH SPATIAL SPREADING IN A MULTI-ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM}

Ⅰ. 35 U.S.C.§119 하의 우선권 주장

본 특허 출원은 2003년 12월 17일 출원되고, 본 발명의 양수인에게 양도되어 본 명세서에 참조로 통합되는 "다중-안테나 통신 시스템에서 의사-랜덤 송신 스티어링을 이용한 브로드캐스트 송신 (Broadcast Transmission with Pseudo-Random Transmit Steering in a Multi-Antenna Communication System)" 이란 명칭의 가출원 제 60/530,860 호에 대한 우선권을 주장한다.

배경

Ⅱ. 분야

본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것으로, 구체적으로는 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 브로드캐스트하는 기술에 관한 것이다.

Ⅲ. 배경

다중-안테나 통신 시스템은 데이터 송신을 위해 송신 엔터티에서 다중 송신 안테나 및 수신 엔터티에서 하나 이상의 수신 안테나를 이용한다. 따라서, 다중-안테나 통신 시스템은 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 시스템 또는 다중-입력 단일-출력 (MISO) 시스템일 수도 있다. MIMO 시스템은 데이터 송신을 위해 다중 (N_T) 송신 안테나 및 다중 (N_R) 수신 안테나를 이용한다. N_T 송신 안테나 및 N_R 수신 안테나에 의해 형성되는 MIMO 채널은 N_S≤min{N_T, N_R} 인 N_S 공간 채널로 분해될 수도 있다. N_S 공간 채널은 더 큰 신뢰성 및/또는 더 높은 전체 스루풋을 달성하기 위한 방식으로 데이터를 송신하기 위해 이용될 수도 있다. MISO 시스템은 데이터 송신을 위해 다중 (N_T) 송신 안테나 및 단일 수신 안테나를 이용한다. N_T 송신 안테나 및 단일 수신 안테나에 의해 형성된 MISO 채널은 단일 공간 채널로 구성된다.

MIMO 시스템에서의 액세스 포인트는 액세스 포인트의 커버리지 영역 전반적으로 분포될 수도 있는 다수의 다중-안테나 이용자 단말기로 데이터를 브로드캐스트할 수도 있다. 상이한 MIMO 채널이 액세스 포인트와 이들 이용자 단말기 각각 사이에 형성된다. 각각의 MIMO 채널은 상이한 채널 조건 (예를 들어, 상이한 페이딩, 다중경로, 및 간섭 영향) 을 경험할 수도 있다. 따라서, 각각의 MIMO 채널의 공간 채널은 상이한 신호 대 잡음 및 간섭비 (SNR) 를 달성할 수도 있다. 공간 채널의 SNR 은 공간 채널을 통해 신뢰성 높게 송신될 수도 있는 특정 데이터 레이트에 의해 통상적으로 정량화되는 그것의 송신 용량을 결정한다. 시간 변동 MIMO 채널에 있어서, 이 채널 조건은 시간에 따라 변화하고 각각의 공간 채널의 SNR 또한 시간에 따라 변화한다.

브로드캐스트 송신은 특정 이용자 단말기 대신에, 시스템에서의 임의의 수의 이용자 단말기에 의해 수신되도록 의도된 데이터 송신이다. 통상적으로, 브로드캐스트 송신은 특정한 서비스 품질 (QoS) 을 달성하기 위한 방식으로 인코딩되어 송신된다. 이러한 서비스 품질은 예를 들어, 임의의 소정의 순간에 소정의 브로드캐스트 커버리지 영역 내의 특정 퍼센티지 (예를 들어, 99.9%) 의 이용자 단말기에 의해 브로드캐스트 송신의 에러 없는 수신에 의해 정량화될 수도 있다. 동등하게, 서비스 품질은 브로드캐스트 송신을 정확하게 디코딩할 수 없는 브로드캐스트 커버리지 영역내의 이용자 단말기의 퍼센티지 (예를 들어, 0.1%) 인 "장애 (outage)" 확률에 의해 정량화될 수도 있다.

브로드캐스트 송신은 브로드캐스트 커버리지 영역의 이용자 단말기의 앙상블에 대해 MIMO 채널의 앙상블을 관측한다. 각각의 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널은 다른 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널에 관하여 랜덤할 수도 있다. 또한, 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널은 시간에 따라 변화할 수도 있다. 브로드캐스트 송신이 특정한 서비스 품질을 충족시키는 것을 보장하기 위해, 브로드캐스트 송신을 위한 데이터 레이트는 통상적으로 브로드캐스트 송신이 최악의 채널 조건 (즉, 최악의 경우의 이용자 단말기) 을 갖는 이용자 단말기에 의해서도 신뢰도 높게 디코딩될 수 있도록 충분하게 낮게 선택된다. 그러면, 이러한 시스템에 대한 브로드캐스트 성능은 시스템에서의 모든 이용자 단말기에 대한 예상되는 최악의 경우의 채널 조건에 의해 지시된다. 유사한 현상이 MISO 시스템에 대해 발생한다.

따라서, 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 더욱 효율적으로 브로드캐스 트하기 위한 기술이 당업계에 필요하다.

요약

일 실시형태에서, 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터의 블록이 프로세스되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 브로드캐스트하는 방법을 설명한다. 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 (steering) 매트릭스를 이용하여 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱이 수행된다. 복수의 시퀀스의 송신 심볼은 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트되고, 여기서, 복수의 스티어링 매트릭스는 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대한 복수의 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화한다.

또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터의 블록을 프로세스하는 데이터 프로세서; 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대한 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서; 및 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 복수의 송신기 유닛을 포함하는 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명하고, 여기서, 복수의 스티어링 매트릭스는 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대한 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화한다.

또 다른 실시형태에서, 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터 블록을 프로세싱하는 수단; 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 수단; 및 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 수단을 포함하는 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명하고, 여기서, 복수의 스티어링 매트릭스는 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대한 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화한다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 데이터 심볼의 볼록을 얻기 위해 복수의 데이터 스트림이 프로세스되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 브로드캐스트하는 방법을 설명하고, 여기서 데이터 심볼의 각각의 블록은 코딩된 데이터의 하나의 블록에 대응한다. 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 복수의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱이 수행된다. 시스템에서 복수의 시퀀스의 송신 심볼이 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트되고, 여기서, 복수의 스티어링 매트릭스는 복수의 데이터 심볼의 블록에 대한 복수의 수신 엔터티 각각에 의해 관측되는 유효 채널을 랜덤화한다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼이 얻어지는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법을 설명한다. 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성되는 유효 다중-입력 다 중-출력 (MIMO) 채널 및 복수의 송신 안테나와 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대해 채널 추정이 얻어진다. 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정을 이용하여 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱이 수행된다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에, 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 복수의 수신기 유닛; 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성된 유효 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 채널 및 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 채널 추정기; 및 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명한다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에, 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수단; 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성된 유효 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 채널 및 복수의 송신 안테나와 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 수단; 및 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명한다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에, 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼이 얻어지는 무선 다중-안테나 통신 시스템에서 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법을 설명한다. 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성된 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 복수의 송신 안테나와 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대해 채널 추정치가 얻어진다. 수신 데이터 심볼에 대한 검출은 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 수행된다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에, 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수신기 유닛; 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성된 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 복수의 송신 안테나와 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 채널 추정기; 및 데이터 심볼 블록에 대해 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대한 검출을 수행하는 검출기를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명한다.

또 다른 실시형태에서, 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수단; 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성된 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 복수의 송신 안테나와 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 수단; 및 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대한 검출을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치를 설명한다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 액세스 포인트 및 다중-안테나 이용자 단말기를 갖는 MIMO 시스템을 도시한다.

도 2 는 공간 확산을 이용하여 데이터를 브로드캐스트하는 프로세스를 도시한다.

도 3 은 브로드캐스트 송신을 수신하는 프로세스를 도시한다.

도 4 는 액세스 포인트 및 다중-안테나 이용자 단말기의 블록도를 도시한다.

도 5a 및 5b 는 액세스 포인트에서의 송신 (TX) 데이터 프로세서 및 TX 공간 프로세서의 2 개의 실시형태를 도시한다.

도 6a 및 6b 는 다중-안테나 이용자 단말기에서의 수신 (RX) 공간 프로세서 및 RX 데이터 프로세서의 2 개의 실시형태를 도시한다.

도 7 은 액세스 포인트 및 단일-안테나 이용자 단말기를 갖는 MISO 시스템을 도시한다.

도 8 은 액세스 포인트 및 단일-안테나 이용자 단말기의 블록도를 도시한다.

도 9 는 액세스 포인트 및 단일-안테나 및 다중-안테나 이용자 단말기를 갖는 하이브리드 다중-안테나 시스템을 도시한다.

도 10a 및 10b 는 4 × 4 MIMO 시스템 및 4 × 1 MISO 시스템 각각에 대해 달성된 전체 스펙트럼 효율의 플롯을 도시한다.

상세한 설명

본 명세서에 "예시적" 이란 용어는 "예, 경우, 또는 실례로서 기능하는" 의미로 이용된다. "예시적" 으로서 본 명세서에 설명하는 임의의 실시형태가 다른 실시형태 이상으로 바람직하거나 이점이 있는 것으로 반드시 해석되는 것은 아니다.

본 명세서에 다중-안테나 통신 시스템에서 공간 확산을 이용하여 데이터를 브로드캐스트하는 기술을 설명한다. 공간 확산은, 가능하면, 데이터 심볼에 이용된 스티어링 벡터에 의해 결정된 상이한 진폭 및/또는 위상으로 다중 송신 안테나로부터의 (데이터에 대한 변조 심볼인) 데이터 심볼의 동시 송신을 칭한다. 또한, 공간 확산은 송신 스티어링, 의사-랜덤 송신 스티어링, 스티어링 다이버시티, 매트릭스 의사-랜덤 스티어링, 벡터 의사-랜덤 스티어링 등으로 불릴 수도 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "브로드캐스트" 는 (1) 이용자 단말기의 비특정 그룹, 예를 들어, (통상적으로 브로드캐스트라 칭하는) 브로드캐스트 커버리지 영역내의 모든 이용자 단말기, 또는 (2) (통상적으로 멀티-캐스트라 칭하는) 이용자 단말기의 특정 그룹으로의 데이터 송신을 칭한다. 이들 브로드캐스트 송신 기술은 액세스 포인트에 의한 데이터 심볼 브로드캐스트의 각각의 블록에 대해 각각의 이용자 단말기에 의해 관측된 "유효" 채널을 랜덤화할 수 있어서, 시스템 성능은 예상되는 최악의 경우의 채널 조건에 의해 지시되지 않는다.

공간 확산을 이용하여 데이터를 브로드캐스트하는 실시형태에서, N_D 데이터 스트림에 대한 데이터가 N_M 송신 범위 (transmission span) 에서 브로드캐스트될 N_D 데이터 심볼 블록을 얻기 위해 프로세스 (예를 들어, 인코딩, 인터리빙, 및 변조) 되고, 여기서, N_D ≥ 1 이고 N_M > 1 이다. "송신 범위" 는 후술하는 바와 같이 시간 및/또는 주파수 디멘션을 커버할 수 있다. 각각의 데이터 심볼 블록은 "코드 블록" 또는 코딩된 데이터 패킷이라 칭할 수도 있는 코딩된 데이터의 블록으로부터 생성된다. 각각의 코드 블록은 액세스 포인트에서 개별적으로 인코딩되고 이용자 단말기에서 개별적으로 디코딩된다. N_D 데이터 심볼 블록은 각각의 송신 범위에 대해 하나의 서브블록인, N_M 데이터 심볼 서브블록으로 파티션된다. 스티어링 매트릭스는 N_M 데이터 심볼 서브블록 각각에 대해 (예를 들어, L 스티어링 매트릭스의 세트 중에서 결정적 또는 의사-랜덤 방식으로) 선택된다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 송신 심볼을 얻기 위해 상기 서브블록에 대해 선택된 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된다. 각각의 서브블록에 대한 송신 심볼은 추가적으로 프로세스되고 브로드캐스트 커버리지 영역내의 이용자 단말기로 하나의 송신 범위에서 N_T 송신 안테나를 통해 브로드캐스트된다.

MIMO 브로드캐스트에 있어서, 각각의 스티어링 매트릭스는 N_T 로우 (row) 및 N_S 칼럼 (column) 을 포함하고, 여기서, N_S > 1 이다. 그 후, N_D 데이터 심볼 블록이 유효 MIMO 채널의 N_S 공간 채널을 통해 브로드캐스트된다. 예를 들어, N_D = N_S 이면, 데이터 심볼 블록은 하나의 데이터 심볼 블록이 N_S 공간 채널 각각을 통해 브로드캐스트되도록 멀티플렉싱될 수도 있다. MISO 브로드캐스트에 있어서, 각각의 스티어링 매트릭스는 N_T 로우 및 단일 칼럼을 포함하고 디제너레이티브 (degenerative) 매트릭스 또는 벡터로서 고려될 수도 있다. 그 후, N_D 데이터 심볼 블록은 유효 MISO 채널의 단일 공간 채널을 통해 브로드캐스트된다. MIMO 및 MISO 브로드캐스트 모두에 있어서, N_D 데이터 심볼 블록이 N_M 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스되고, 각각의 이용자 단말기에서 유효 채널의 앙상블을 관측한다.

이하, 본 발명의 다양한 양태 및 실시형태를 더욱 상세히 설명한다.

본 명세서에 설명하는 브로드캐스트 송신 기술은 MIMO 시스템 또는 MISO 시스템일 수도 있는, 다중-안테나 통신 시스템에 이용될 수도 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, "MIMO 브로드캐스트" 는 다중 공간 채널을 통한 브로드캐스트 송신을 칭하고, "MISO 브로드캐스트" 는 단일 공간 채널을 통한 브로드캐스트 송신을 칭한다. 송신에 이용 가능한 공간 채널의 수는 송신 안테나의 수, 수신 안테나의 수, 및 무선 링크 또는 채널에 의해 결정된다. 또한, 브로드캐스트 송신 기술은 단일-캐리어 및 멀티-캐리어 시스템에 이용될 수도 있다. 다수 캐 리어는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 또는 어떤 다른 구성에 의해 제공될 수도 있다. OFDM 은 전체 시스템 대역폭을, 톤, 서브캐리어, 빈, 및 주파수 채널이라 또한 칭하는 다중 (N_F) 직교 주파수 서브밴드로 효과적으로 파티션한다. OFDM 을 이용하여, 각각의 서브밴드는 데이터와 변조될 수도 있는 각각의 서브캐리어와 관련된다.

본 명세서에 설명하는 브로드캐스트 송신 기술은 다양한 타입의 브로드캐스트 데이터에 이용될 수도 있다. 예를 들어, 이들 기술은 이용자 단말기에 데이터 (예를 들어, 비디오, 오디오, 뉴스 등) 를 연속적으로 브로드캐스트하는 브로드캐스트 서비스에 이용될 수도 있다. 또한, 이들 기술은 무선 통신 시스템에서의 오버헤드 채널 (예를 들어, 브로드캐스트, 페이징, 및 제어 채널) 에 이용될 수도 있다.

1. MIMO 브로드캐스트

도 1 은 액세스 포인트 (AP; 110) 및 이용자 단말기 (UT; 120) 를 갖는 MIMO 시스템 (100) 을 도시한다. 일반적으로, 액세스 포인트는 이용자 단말기와 통신하는 고정국이고, 기지국 또는 어떤 다른 전문용어로 또한 칭할 수도 있다. 이용자 단말기는 고정이거나 이동일 수도 있고, 또한 이동국, 무선 디바이스, 또는 어떤 다른 전문용어로 칭할 수도 있다. 액세스 포인트 (110) 에는 데이터 송신을 위한 다중 (N_ap) 안테나가 구비된다. 각각의 이용자 단말기 (120) 에는 데이터 수신을 위한 다중 (N_ut) 안테나가 구비된다. 일반적으로, 이 시스템에서의 이용자 단말기에는 동일하거나 상이한 수의 안테나가 구비될 수도 있다. 단순함을 위해, 아래의 설명은 MIMO 시스템에서의 이용자 단말기에 동일한 수의 안테나가 구비된다고 가정한다. 집중화된 아키텍쳐에 있어서, 시스템 제어기 (130) 는 액세스 포인트에 대한 좌표 및 제어를 제공한다.

단일-캐리어 MIMO 시스템에 있어서, 액세스 포인트에서의 N_ap 안테나 및 소정의 이용자 단말기 (u) 에서의 N_ut 안테나에 의해 형성된 MIMO 채널은

식(1)

과 같이 표현될 수도 있는 N_ut×N_ap 채널 응답 매트릭스 (

) 에 의해 특징지어질 수도 있고, 여기서, i=1...N_ut 및 j=1...N_ap 에 대한 엔트리 h_i _,j는 액세스 포인트 안테나 (j) 와 이용자 단말기 안테나 (i) 사이의 커플링 또는 복소 이득을 나타낸다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 이용자 단말기는 액세스 포인트의 커버리지 영역 전반적으로 분포될 수도 있다. 상이한 MIMO 채널이 액세스 포인트에서의 N_ap 안테나 및 각각의 이용자 단말기에서의 N_ut 안테나에 의해 형성된다.

데이터는 단일-캐리어 MIMO 시스템에서 다양한 방식으로 송신될 수도 있다. 하나의 단순한 송신 방식에서, 하나의 데이터 심볼 스트림이 각각의 액세스 포인트 안테나로부터 송신되고, N_S 데이터 심볼 스트림이 N_ap 액세스 포인트 안테나의 N_S로부터 동시에 송신되고, 여기서, N_S 는 공간 채널의 수이고, N_S≤min{N_ap, N_ut} 이다. 이러한 송신 방식에 대해 이용자 단말기 (u) 에서의 수신 심볼은,

식 (2)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서,

는 액세스 포인트에 의해 동시에 송신될 N_S 데이터 심볼에 대해 N_S 논-제로 엔트리 (non-zero entry) 를 갖는 N_ap×1 벡터이고;

는 이용자 단말기 (u) 에서 N_ut 안테나를 통해 얻어진 N_ut 수신 심볼에 대해 엔트리를 갖는 N_ut×1 벡터이며;

는 이용자 단말기 (u) 에서 관측된 잡음 벡터이다.

단순함을 위해, 이 잡음은 제로 평균 벡터 및

의 공분산 매트릭스를 갖는 부가 백색 가우시안 잡음 (AWGN) 인 것으로 가정하고, 여기서,

는 이용자 단말기 (u) 에 의해 관측된 잡음의 분산이고

는 아이덴터티 매트릭스 (identity matrix) 이다.

N_ap 액세스 포인트 안테나로부터 송신된 N_S 데이터 심볼 스트림은 이용자 단말기 (u) 에서 서로 간섭한다. 하나의 액세스 포인트 안테나로부터 송신된 소 정의 데이터 심볼 스트림이 상이한 진폭 및 위상에서 모든 N_ut 이용자 단말기 안테나에 의해 수신될 수도 있다. 각각의 수신된 심볼 스트림은 N_S 송신 데이터 심볼 스트림 각각의 성분을 포함한다. N_ut 수신 심볼 스트림은 N_S 데이터 심볼 스트림 모두를 일괄적으로 포함한다. 그러나, 이들 N_S 데이터 심볼 스트림은 N_ut 수신 심볼 스트림 중에 분산된다. 이용자 단말기 (u) 는 액세스 포인트에 의해 송신된 N_S 데이터 심볼 스트림을 복구하기 위해 N_ut 수신 심볼 스트림에 대한 수신기 공간 프로세싱을 수행한다.

이용자 단말기 (u) 에 의해 달성될 수 있는 성능은 그것의 채널 응답 매트릭스 (

) 에 (큰 범위로) 의존한다. 높은 정도의 상관이

내에 존재하는 경우에, 각각의 데이터 심볼 스트림은 이용자 단말기에서의 수신기 공간 프로세싱에 의해 소거될 수 없는 다른 스트림으로부터의 대량의 간섭을 관측한다. 높은 레벨의 간섭은, 영향받은 데이터 심볼 스트림 각각의 SNR 을 데이터 심볼 스트림이 이용자 단말기에 의해 정확하게 디코딩될 수 없는 포인트로 저하시킨다.

소정의 MIMO 채널을 통한 특정 이용자 단말기로의 데이터 송신을 위해, 액세스 포인트에 MIMO 채널에 관한 충분한 채널 상태 정보가 제공되는 경우에 시스템 용량이 달성될 수도 있다. 그 후, 액세스 포인트는 이용자 단말기에 대한 스루풋을 최대화하기 위한 (예를 들어, 각각의 데이터 스트림에 대한 적절한 레이트를 선택하기 위한) 방식으로 데이터를 프로세스하기 위해 이 정보를 이용할 수도 있다. 상이한 이용자 단말기가 상이한 MIMO 채널을 관측하기 때문에, 액세스 포인트는 통상적으로 이러한 이용자 단말기에 대한 스루풋을 최대화하기 위해 각각의 이용자 단말기에 대해 데이터를 상이하게 프로세스할 필요가 있다.

브로드캐스트 송신을 위해, 액세스 포인트는 브로드캐스트 커버리지 영역 내의 다수의 이용자 단말기에 동일한 데이터를 송신한다. 브로드캐스트를 위해, 액세스 포인트는 통상적으로 이용자 단말기에 대한 채널 상태 정보를 갖지 않는다. 또한, 특정 이용자 단말기에 대한 채널 상태 정보에 기초하여 다중 이용자 단말기에 대해 의도된 데이터를 프로세스하는 것은 통상적으로 실용적이지 못하다.

액세스 포인트로부터의 브로드캐스트 송신은 브로드캐스트 커버리지 영역의 상이한 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널의 앙상블을 관측한다. 특정 퍼센티지의 MIMO 채널이 "불량 (bad)" 으로서 고려될 수도 있다. 예를 들어, 불량 채널은 채널 응답 매트릭스 (

) 가 높은 정도의 상관을 나타내거나, 채널에 불충분한 산란, 다중경로 (큰 간섭성 대역폭), 또는 순간적 페이딩 (큰 간섭성 시간) 이 있을 때 발생할 수 있다. "불량" 채널의 발생은 랜덤하고, 이것이 각각의 이용자 단말기에 대해 발생할 수 있는 시간 퍼센티지를 최소화하는 것이 바람직하다.

브로드캐스트를 위해, 액세스 포인트는 최악의 경우의 채널 조건 하에서도 이용자 단말기에 의해 스트림이 복구될 수 있도록 충분히 낮은 레이트에서 각각의 데이터 심볼 스트림을 송신할 필요가 있다. 그러면, 브로드캐스트 성능은 커버리지 영역 내의 모든 이용자 단말기에 대해 예상되는 최악의 경우의 채널 조건에 의해 지시된다.

A. MIMO 브로드캐스트 송신

브로드캐스트 성능이 코드 블록상의 단일 채널 실현에 의해 지시되지 않도록 각각의 이용자 단말기에 의해 관측된 유효 MIMO 채널을 랜덤화하기 위해 공간 확산이 이용될 수도 있다. 공간 확산을 이용하여, 액세스 포인트는 각각의 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널을 효과적으로 랜덤화하기 위해 다중 스티어링 매트릭스를 이용하여 각각의 코드 블록에 대한 공간 프로세싱을 수행한다. 따라서, 각각의 이용자 단말기는 각각의 코드 블록을 가로지르는 채널의 앙상블을 관측하고 코드 블록의 확장부에 대한 단일 채널에 고정되지 않는다.

MIMO 시스템에서의 공간 확산을 위한 액세스 포인트에서의 공간 프로세싱은,

식 (3)

과 같이 표현될 수도 있고,

여기서,

은 송신 범위 (m) 에서 전송될 N_S 데이터 심볼을 갖는 N_S×1 벡터이고;

은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ap×N_S 스티어링 매트릭스이며;

는 송신 범위 (m) 에서 N_ap 액세스 포인트 안테나로부터 전송될 N_ap 송신 심볼을 갖는 N_ap×1 벡터이다. 송신 범위는 시간 및/또는 주파수 디멘션을 커버할 수 있다. 예를 들어, 단일-캐리어 MIMO 시스템에서, 송신 범위는 하나의 데이터 심볼을 송신하기 위한 시간 지속기간인 하나의 심볼 주기에 대응할 수도 있다. 또 다른 예로서, OFDM 을 활용하는 MIMO 시스템과 같은 멀티-캐리어 MIMO 시스템에서, 송신 범위는 하나의 OFDM 심볼 주기에서의 하나의 서브밴드에 대응할 수도 있다. 또한, 송신 범위는 다중 심볼 주기 및/또는 다중 서브밴드를 커버할 수도 있다. 따라서, m 은 시간 및/또는 주파수에 대한 인덱스일 수도 있다. 또한, 송신 범위는 송신 간격, 시그널링 간격, 슬롯 등으로 지칭될 수도 있다.

L 스티어링 매트릭스의 세트가 후술하는 바와 같이 생성될 수도 있고, 공간 확산에 대해 이용될 수도 있다. 이러한 스티어링 매트릭스 세트는 i=1...L 에 대해 {

}, 또는

로 표기되고, 여기서, L은 1 보다 큰 임의의 정수일 수도 있다. 이 세트에서의 하나의 스티어링 매트릭스는 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 선택될 수도 있고, 상기 송신 범위 동안 액세스 포인트에 의해 공간 프로세싱에 이용될 수도 있다. 공간 프로세싱의 결과는 N_ap 액세스 포인트 안테나로부터의 브로드캐스트를 위한 N_ap 송신 심볼 스트림이다.

공간 확산을 이용한 각각의 이용자 단말기에서의 수신 심볼은,

식 (4)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서,

은 송신 범위 (m) 에 대해 N_ut 수신 심볼을 갖는 N_ut×1 벡터이고;

은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut×N_ap 채널 응답 매트릭스이고;

은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut×N_S 유효 채널 응답 매트릭스이고,

이며;

은 송신 범위 (m) 에 대한 잡음 벡터이다.

단순함을 위해, 채널 응답 (

) 은 각각의 송신 범위 동안 일정한 것으로 가정한다. 양 (quantity) 들 (

,

및

) 은 상이한 이용자 단말기에 대해 상이한 반면, 양 (

및

) 들은 모든 이용자 단말기에 대해 동일하다. 단순한 표기를 위해, 이용자 단말기 (u) 에 대한 첨자 "u" 는 식 (4) 및 아래의 설명의 이용자-특정 양으로부터 생략된다.

식 (4) 에 나타낸 바와 같이, 액세스 포인트에 의해 수행된 공간 확산으로 인해, N_S 데이터 심볼 스트림은 각각의 이용자 단말기에 대한 실제 채널 응답 (

) 대신에 유효 채널 응답 (

) 을 관측한다. 다중 스티어링 매트릭스가 브로드캐스트 송신을 위해 이용되는 경우에, 각각의 데이터 심볼 스트림은

의 공간 채널의 앙상블을 효과적으로 관측한다. 또한, 다중 스티어링 매트릭스가 코드 블록을 가로질러 이용되는 경우에, 그 코드 블록에서의 데이터 심볼은 그 코드 블록을 가로지르는 상이한 채널을 관측한다.

일반적으로, 액세스 포인트는 임의의 수의 (N_D) 데이터 스트림을 이용자 단 말기에 동시에 브로드캐스트할 수도 있고, 여기서, N_S≥N_D≥1 이다. 예를 들어, N_D=N_S인 경우에, 액세스 포인트는

의 각각의 공간 채널을 통해 하나의 데이터 스트림을 브로드캐스트할 수도 있다. 동시에 브로드캐스트될 수도 있는 데이터 스트림의 최대수는 (1) 액세스 포인트에서의 안테나의 수 및 (2) 모든 이용자 단말기에서의 안테나의 최소 수에 의해 차례로 결정되는, 모든 이용자 단말기에 대한 공간 채널의 수에 의해 결정된다. 모든 이용자 단말기에 동일한 수의 안테나가 구비되는 경우에, min{N_ap, N_ut}≥N_S≥N_D 이다. N_D=1 인 경우에, 액세스 포인트는 그것의 N_ap 안테나로부터 하나의 데이터 스트림을 브로드캐스트할 수도 있다.

도 2 는 공간 확산을 이용하여 데이터를 브로드캐스트하는 프로세스 (200) 를 도시한다. 처음에, 액세스 포인트는 각각의 데이터 스트림에 대해 하나의 블록으로, N_D 데이터 심볼 블록의 세트를 얻기 위해 N_D 데이터 스트림에 대한 데이터를 프로세스한다 (블록 212). 각각의 데이터 심볼 블록은 코드 블록 또는 코딩된 데이터 패킷이라 불릴 수도 있는, 하나의 블록의 코딩된 데이터로부터 생성된 데이터 심볼을 포함한다. 데이터 프로세싱은 후술하는 바와 같이 수행될 수도 있다. 그 후, 액세스 포인트는 N_D 데이터 심볼 블록을 각각의 송신 범위에서 하나의 서브블록인, N_M 송신 범위에서 브로드캐스트될 N_M 데이터 심볼 서브블록으로 파티션한다 (블록 214). 또한, N_M 을 블록 길이라 칭하고, 1 보다 크거나, N_M>1 이다. 각각의 서브블록은 N_D 블록의 각각으로부터 하나 이상의 데이터 심볼을 포함할 수도 있다. 예를 들어, N_D=N_S 인 경우에, 각각의 서브블록은 N_S 데이터 스트림에 대해 N_S 블록으로부터 N_S 데이터 심볼을 포함할 수도 있다. 또 다른 예로서, N_D=1 인 경우에, 각각의 서브블록은 하나의 데이터 스트림에 대해 하나의 블록으로부터 N_S 데이터 심볼을 포함할 수도 있다. 데이터 심볼 블록의 현재 세트에 대한 송신 범위를 표기하기 위해 이용된 인덱스 m 은 1 로 설정된다 (블록 216).

각각의 송신 범위 (m) 에 대해, 액세스 포인트는, 예를 들어, L 스티어링 매트릭스의 세트로부터,

으로 표기되는 하나의 스티어링 매트릭스를 선택한다 (블록 218). 그 후, 액세스 포인트는 송신 심볼을 얻기 위해 스티어링 매트릭스 (

) 를 이용하여 데이터 심볼 서브블록 (m) 에 대해 공간 프로세싱을 수행한다 (블록 220). 송신 범위 (m) 가 하나의 데이터 심볼 벡터를 커버하는 경우에, 액세스 포인트는 식 (3) 에 나타낸 바와 같이, 송신 심볼 벡터 (x _mimo(m)) 를 얻기 위해, 데이터 심볼 서브블록 (m) 으로부터 N_S 데이터 심볼까지를 이용하여 하나의 벡터 (

) 를 형성하고, 매트릭스 (

) 를 이용하여 벡터 (

) 를 공간 프로세스한다. 송신 범위 (m) 가 다중 (N_V) 데이터 심볼 벡터를 커버하는 경우에, 액세스 포인트는 데이터 심볼 서브블록 (m) 으로부터

=1...N_V 에 대해 N_V 벡터 (s _ℓ(m)) 를 형성하고 대응하는 송신 심볼 벡터 (x _mimo _,ℓ(m)) 를 얻기 위해 동일한 스티어링 매트릭스 (

) 를 이용하여 각각의 벡터 (s _ℓ(m)) 를 공간 프로세스한다. 어떤 경우에서도, 액세스 포인트는 송신 범위 (m) 에서 모든 데이터 심볼 벡터에 대한 공간 프로세싱을 위해 동일한 스티어링 매트릭스 (

) 를 이용한다. 액세스 포인트는 그렇게 형성된 송신 심볼 벡터를 추가적으로 프로세스하여 송신 범위 (m) 에서 N_ap 송신 안테나를 통해 브로드캐스트한다 (블록 222).

그 후, 모든 N_M 데이터 심볼 서브블록이 프로세스되고 송신되었는지 (즉, m = N_M) 에 대한 판정이 이루어진다 (블록 224). 응답이 '아니오' 인 경우에, 인덱스 m 은 다음의 서브블록/송신 범위에 대해 증가되고 (블록 226), 프로세스는 블록 218 로 복귀한다. 블록 224 에 대해 응답이 '예' 인 경우에, 브로드캐스트할 데이터가 더 있는지에 대한 판정이 이루어진다 (블록 228). 응답이 '예' 인 경우에, 프로세스는 데이터 심볼 블록의 다음의 세트에 대한 프로세싱을 시작하기 위해 블록 212 로 복귀한다. 그렇지 않으면, 프로세스는 종료한다.

따라서, 데이터 심볼 블록의 각각의 세트는 N_ap 송신 심볼 시퀀스를 얻기 위해 N_M 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된다. 각각의 송신 심볼 시퀀스는 N_M 송신 범위에서 하나의 안테나로부터 브로드캐스트된다. N_M 스티어링 매트릭스는 N_D 데이터 심볼 블록에 대해 각각의 이용자 단말기에 의해 관측된 유효 MIMO 채널을 랜덤화한다. MIMO 채널의 랜덤화는 상이한 스티어링 매트릭스의 이용으로부터 발생하고, 반드시 스티어링 매트릭스의 엘리먼트의 랜덤화로부터 발생할 필요는 없다.

전술한 바와 같이, 송신 범위는 하나 이상의 심볼 주기 및/또는 하나 이상의 서브밴드를 커버하도록 정의될 수도 있다. 개선된 성능을 위해, (1) 더 많은 스티어링 매트릭스가 각각의 데이터 심볼 블록에 이용될 수 있고, (2) 각각의 이용자 단말기가 각각의 데이터 심볼 블록에 대해 가능한 한 다수의 MIMO 채널의 "룩 (look)" 을 얻을 수 있도록 가능한 한 작게 송신 범위를 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 송신 범위는 MIMO 채널이 대략 정적인 것으로 가정될 수 있는 시간 지속기간인 MIMO 채널의 간섭성 시간 보다 짧아야 한다. 유사하게, 송신 범위는 광대역 시스템 (예를 들어, OFDM 시스템) 에 대한 MIMO 채널의 간섭성 대역폭 보다 작아야 한다.

B. MIMO 브로드캐스트 수신

도 3 은 소정의 이용자 단말기에 의한 공간 확산을 이용하여 브로드캐스트 송신을 수신하는 프로세스 (300) 를 도시한다. 처음에, 데이터 심볼 블록의 현재 세트에 대한 송신 범위를 표기하기 위해 이용된 인덱스 m 이 1 로 설정된다 (블록 312). 이용자 단말기는 데이터 심볼 서브블록 (m) 에 대해 N_ut 수신 안테나로부터 수신 데이터 심볼을 얻는다 (블록 314). 이용자 단말기는 서브블록 (m) 에 대해 액세스 포인트에 의해 이용된 스티어링 매트릭스 (

) 를 결정하고 (블록 316), 서브블록 (m) 에 대해 이용자 단말기에 의해 관측된 유효 MIMO 채널의 채널 응답의 추정치인 (

) 를 유도하기 위해

을 이용한다 (블록 318). 이하의 설명에서, 매트릭스, 벡터, 또는 스칼라 상의 "^" 는 실제 매트릭스, 벡터, 또는 스칼라의 추정치를 나타낸다. 그 후, 이용자 단말기는 유효 채널 응답 추정치 (

) 를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대한 수신기 공간 프로세싱을 수행하여, 서브블록 (m) 에 대한 검출된 심볼 (또는 데이터 심볼 추정치) 을 얻는다 (블록 320).

그 후, 현재 데이터 심볼 블록 세트에 대한 모든 N_M 데이터 심볼 서브블록이 수신되었는지 (즉, m=N_M 인지) 에 대한 판정이 이루어진다 (블록 322). 응답이 '아니오' 인 경우에, 인덱스 m 은 다음의 서브블록/송신 범위에 대해 증가되고 (블록 324), 프로세스는 블록 314 로 복귀한다. 블록 322 에 대한 응답이 '예' 인 경우에, 이용자 단말기는 현재 데이터 심볼 블록 세트에 대해 디코딩된 데이터를 얻기 위해 모든 N_M 서브블록에 대해 검출된 심볼을 프로세스 (예를 들어, 복조, 디인터리빙, 및 디코딩) 한다 (블록 326). 그 후, 수신할 데이터가 더 있는지에 대한 판정이 이루어진다 (블록 328). 응답이 '예' 인 경우에, 프로세스는 데이터 심볼 블록의 다음의 세트의 수신을 시작하기 위해 블록 312 로 복귀한다. 그렇지 않으면, 프로세스는 종료한다.

각각의 이용자 단말기는 다양한 수신기 프로세싱 기술을 이용하여 송신 데이터 심볼의 추정치를 유도할 수 있다. 이들 기술은 채널 상관 매트릭스 반전 (CCMI) 기술 (또한, 일반적으로 제로-포싱 (zero-forcing) 기술이라 칭함), 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술, 연속 간섭 제거 (SIC) 기술 등을 포함한다. 이하의 설명에서, 하나의 데이터 심볼 스트림이

의 각각의 공간 채널을 통해 브로드캐스트된다.

CCMI 기술에 있어서, 이용자 단말기는,

식 (5)

와 같은 유효 채널 응답 추정치 (

) 에 기초하여, 각각의 송신 범위 (m) 에 대한 공간 필터 매트릭스 (

) 를 유도하고, 여기서,"^H" 는 켤레 전치행렬 (conjugate transpose) 을 나타낸다. 이용자 단말기는 예를 들어, 수신 파일롯 심볼에 기초하여 채널 응답 매트릭스를 추정할 수 있다. 파일롯 심볼은 액세스 포인트 및 이용자 단말기 모두에 의해 선험적 (a priori) 로 알려진 데이터인, 파일롯에 대한 변조 심볼이다. 그 후, 이용자 단말기는

과 같은 추정된 유효 채널 응답 매트릭스를 계산할 수도 있다. 또 다른 방법으로는, 이용자 단말기는, 예를 들어,

을 이용하여 송신된 수신 파일롯 심볼에 기초하여 유효 채널 응답 매트릭스를 직접 추정할 수 있다.

이용자 단말기는 아래와 같이 CCMI 공간 프로세싱을 수행하고,

식 (6)

여기서,

은 송신 범위 (m) 에 대해 검출된 심볼을 갖는 N_S×1 벡터이고;

은 송신 범위 (m) 에 대한 CCMI 필터링된 잡음이다.

CCMI 기술에 대한 SNR 은,

, ℓ=1...N_S, 식 (7)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서, P_ℓ(m)은 송신 범위 (m) 에서 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한 송신 전력이고;

r_ℓℓ(m) 은

의

-번째 대각 엘리먼트이며;

은 이용자 단말기에서의 잡음의 변화이며;

γ_ccmi _,ℓ(m) 은 송신 범위 (m) 에서 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 의 SNR 이다.

양 (

) 은 수신기 공간 프로세싱 이전에 이용자 단말기에서의 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 의 SNR이고, 통상적으로 수신된 SNR, 동작 SNR, 또는 링크 마진이라 칭한다. 양 (γ_ccmi _,ℓ(m)) 은 수신기 공간 프로세싱 이후의 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 의 SNR이고, 사후-검출 SNR 이라 또한 칭한다. 아래의 설명에서, "SNR" 은 다르게 표기하지 않는 경우에 사후-검출 SNR 을 칭한다.

의 구성으로 인해, CCMI 기술은 잡음을 증폭시킬 수도 있다.

MMSE 기술에 있어서, 이용자 단말기는,

식 (8)

과 같이, 유효 채널 응답 추정치 (

) 에 기초하여 각각의 송신 범위 (m) 에 대한 공간 필터 매트릭스 (

) 를 유도하고,

여기서,

은

인, 잡음 벡터 (

) 의 자기공분산 (autocovariance) 매트릭스이고, 여기서, E[x] 는 x 의 예측값이다. 식 (8) 에서의 두 번째 등식은 잡음 벡터 (

) 가

의 제로 평균 및 분산을 갖는 AWGN 이라고 가정한다. 공간 필터 매트릭스 (

) 는 공간 필터와 데이터 심볼로부터의 심볼 추정치 사이의 평균 제곱 에러를 최소화시킨다.

이용자 단말기는,

식 (9)

와 같은 MMSE 공간 프로세싱을 수행하고,

여기서,

이고;

은 그 대각 엘리먼트가

의 대각 엘리먼트인 대각 매트릭스이거나,

=

이며;

은 MMSE 필터링된 잡음이다.

공간 필터로부터의 심볼 추정치는 데이터 심볼의 정규화되지 않은 추정치이다. 스케일링 매트릭스 (

) 와의 승산은 데이터 심볼의 정규화된 추정치를 제공한다.

MMSE 기술에 대한 SNR 은,

, ℓ=1...N_S 식 (10)

과 같이 표현될 수도 있고,

여기서, q_ℓℓ(m)은

의

-번째 대각 엘리먼트이며;

γ_mmse _,ℓ(m) 은 송신 범위 (m) 에서 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한 SNR 이다.

SIC 기술에 있어서, 이용자 단말기는 N_D 데이터 스트림에 대한 N_D 연속 스테 이지에서 N_ut 수신 심볼 스트림을 프로세스한다. 각각의 스테이지에 있어서, 이용자 단말기는 하나의 검출된 심볼 스트림을 얻기 위해 (예를 들어, CCMI, MMSE, 또는 어떤 다른 기술을 이용하여) 선행 스테이지로부터의 N_ut 수신 심볼 스트림 또는 N_ut 변형 심볼 스트림에 대한 공간 프로세싱을 수행한다. 그 후, 이용자 단말기는 대응하는 디코딩된 데이터 스트림을 얻기 위해 이러한 검출된 심볼 스트림을 프로세스 (예를 들어, 복조, 디인터리빙, 및 디코딩) 한다. 다음으로, 이용자 단말기는 이러한 스트림으로 인한 간섭을 추정하여 제거하고, 다음 스테이지에 대한 N_ut 변형 심볼 스트림을 얻는다. 그 후, 이용자 단말기는 또 다른 데이터 스트림을 복구하기 위해 N_ut 변형 심볼 스트림에 대한 동일한 프로세싱을 반복한다. 각각의 데이터 스트림으로 인한 간섭이 정확하게 추정 및 제거될 수 있는 경우에, 나중에 복구되는 데이터 스트림은 더 적은 간섭을 경험하게 되고, 평균적으로 더 높은 SNR 을 달성할 수 있다. 이것은 MIMO 브로드캐스트가 나중에 검출된 이들 스트림에 대해 더 높은 데이터 레이트를 이용하게 하여, 브로드캐스트의 스루풋을 효율적으로 개선시킨다. 상이한 데이터 레이트가 상이한 송신 데이터 스트림에 이용되는 경우에, 이용자 단말기는 최하위 데이터 레이트 스트림으로부터 최상위 데이터 레이트 스트림으로의 소정의 순서로 이들 스트림을 디코딩할 수도 있다.

SIC 기술에 있어서, 검출된 심볼 대신에 디코딩된 데이터를 이용하여 간섭을 추정함으로써 개선된 성능이 달성될 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 블록 길 이에 대한 N_D 데이터 심볼 블록은 동시에 복구된 하나의 블록이다. 각각의 데이터 심볼 블록이 하나의 스테이지에서 검출되어 디코딩되고, 이 디코딩된 데이터는 데이터 심볼 블록으로 인한 간섭을 추정 및 제거하기 위해 이용된다.

명확함을 위해, 아래의 설명은 (1) N_D = N_S 이고 각각의 데이터 심볼 블록/스트림이 데이터 심볼 벡터 (

) 의 하나의 엔트리로서 송신되고 (2) N_D 데이터 심볼 스트림이 연속 순서로 복구되어서 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 이

= 1...N_S인, 스테이지

에서 복구된다는 것을 가정한다. SIC 기술에 있어서,

= 1...N_S인 스테이지

에 대한 입력 (수신 또는 변형) 심볼 스트림이,

식 (11)

과 같이 표현될 수도 있고,

여기서,

은 스테이지

에서 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut 변형 심볼의 벡터이고, 제 1 스테이지에 대해

=

이고;

s ^ℓ(m) 은 스테이지

에서 송신 범위 (m) 에 대한 아직 복구되지 않은 N_S-

+1 데이터 심볼의 벡터이고;

은 스테이지

에서 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut×(N_ap-

+1) 감소된 유효 채널 응답 매트릭스이며;

n ^ℓ(m) 은

의 감소된 벡터이다.

식 (11) 은

-1 이전 스테이지에서 복구된 데이터 심볼 스트림이 제거된다는 것을 가정한다. 매트릭스 (

) 의 차원성 (dimensionality) 은 데이터 심볼 스트림이 복구되고 제거될 때 각각의 스테이지에 대해 1 칼럼 만큼 연속적으로 감소한다. 스테이지

에 대해, 감소된 유효 채널 응답 매트릭스 (

) 는 이전에 복구된

-1 데이터 심볼 스트림에 대응하는 원래의 매트릭스 (

) 에서

-1 칼럼을 제거함으로써 얻어지거나,

이고, 여기서,

은 송신 범위 (m) 에서 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 의해 관측된 유효 채널 응답에 대한 N_ut×1 벡터이다.

스테이지

에 대해, 이용자 단말기는 식 (5) 에 나타낸 바와 같은 CCMI 기술, 식 (8) 에 나타낸 바와 같은 MMSE 기술, 또는 어떤 다른 기술을 이용하여 (원래의 유효 채널 응답 추정치 (

) 대신에) 감소된 유효 채널 응답 추정치 (

) 에 기초하여 공간 필터 매트릭스 (

) 을 유도한다. 공간 필터 매트릭스 (

) 는 (N_S-

+1)×N_ut의 차원성을 갖는다.

이 각각의 스테이지에 대해 상이하기 때문에, 매트릭스 (

) 또한 각각의 스테이지에 대해 상이하다.

이용자 단말기는,

식 (12)

와 같이, 스테이지

에 대한 공간 프로세싱을 수행하고,

여기서,

은 스테이지

에서 송신 범위 (m) 에 대해 N_S-

+1 검출된 심볼을 갖는 벡터이고;

이고;

은

의 대각 엘리먼트의 매트릭스이며;

은 스테이지

에서 송신 범위 (m) 에 대한 필터링된 잡음이다.

이용자 단말기는 복구를 위해 검출된 심볼 스트림 중 하나를 선택한다.

하나의 데이터 심볼 스트림만이 각각의 스테이지에서 복구되기 때문에, 이용자 단말기는 스테이지

에서 복구될 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한 1×N_ut 공간 필터 로우 (row) 벡터 ( m ^ℓ(m)) 를 간단히 유도할 수 있다. 로우 벡터 (m ^ℓ(m)) 는 매트릭스 (

) 의 하나의 로우이다. 이러한 경우에, 스테이지

에 대한 공간 프로세싱은,

식 (13)

과 같이 표현될 수도 있고,

여기서, q ^ℓ(k) 는 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대응하는

의 로우이고,

은 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한 스케일링 팩터이다.

임의의 경우에, 이용자 단말기는 검출된 심볼 스트림

을 프로세스 (예를 들어, 복조, 디인터리빙, 및 디코딩) 하여 디코딩된 데이터 스트림

을 얻는다. 또한, 이용자 단말기는 이 스트림이 아직 복구되지 않은 다른 데이터 심볼 스트림을 야기하는 간섭의 추정을 형성한다. 이 간섭을 추정하기 위해, 이용자 단말기는 액세스 포인트에서 수행된 바와 동일한 방식으로 디코딩된 데이터 스트림

을 재-인코딩, 인터리빙, 및 심볼 매핑하여, 이제 막 복구된 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 의 추정치인 "재변조된" 심볼의 스트림

을 얻는다. 그 후, 이용자 단말기는 스트림 {s_ℓ} 에 대한 유효 채널 응답 벡터 ( h _eff _,ℓ(m)) 에서 N_ut 엘리먼트와 재변조된 심볼 스트림

을 컨볼브 (convolve) 하여, 이 스트림에 의해 야기되는 N_ut 간섭 성분 ( i ^ℓ(m)) 을 얻는다. 그 후, N_ut 간섭 성분은 스테이지

에 대한 N_ut 변형 심볼 스트림 (

) 으로부터 감산되어 다음의 스테이지에 대한 N_ut 변형 심볼 스트림 (

), 또는

을 얻는다. 이 변형 심볼 스트림 (

) 은, 간섭 제거가 유효하게 수행된다는 것을 가정하여, 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 이 송신되지 않은 경우에 수신된 스트림을 나타낸다.

SIC 기술에 있어서, 각각의 데이터 심볼 스트림의 SNR 은, (1) 각각의 스테이지에 대해 이용된 공간 프로세싱 기술 (예를 들어, CCMI 또는 MMSE), (2) 데이터 심볼 스트림이 복구된 특정 스테이지, 및 (3) 나중의 스테이지에서 복구된 데이터 심볼 스트림으로 인한 간섭의 양에 의존한다. CCMI를 이용하는 SIC 기술에 대한 SNR 은,

, ℓ=1...N_S, 식 (14)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서, r_ℓ(m) 은 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한

의 대각 엘리먼트이고,

이다.

MMSE 를 이용하는 SIC 기술에 대한 SNR 은,

, ℓ=1...N_S, 식 (15)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서, q_ℓ(m) 은 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} 에 대한

의 대각 엘리먼트이고,

는 식 (9) 에 대해 나타낸 바와 같이 유도되지만, 원래의 유효 채널 응답 매트릭스

대신에 감소된 유효 채널 응답 매트릭스

에 기초한다.

일반적으로, 이전 스테이지에서 복구된 데이터 심볼 스트림으로부터의 간섭이 제거되기 때문에, 나중의 스테이지에서 복구된 데이터 심볼 스트림에 대해 SNR 은 점차 개선된다. 그러면, 이는 더 높은 레이트가 나중에 복구된 데이터 심볼 스트림에 대해 사용될 수 있도록 하는 것을 가능하게 한다.

SIC 기술에 대한 전술의 내용은 각각의 데이터 심볼 블록이 s(m) 의 하나의 엔트리로서 전송된다고 가정한다. 일반적으로, 각각의 스테이지는 임의의 넘버의 s(m) 의 엔트리에서 디멀티플렉싱되고 전송된, 하나의 데이터 심볼 블록을 디코딩하고 복구한다. 또한, 전술한 내용은 데이터 스트림이 스트림 인덴스 ℓ 에 의해 결정된 순차적인 순서로 복구된다고 가정한다. 데이터 스트림을 그들의 요구되는 SNR 에 의해 결정되는 순차적 순서로 복구함으로써 더 나은 성능이 달성될 수도 있다. 예를 들어, 가장 낮은 SNR 을 요하는 데이터 스트림 (예를 들어, 가장 낮은 데이터 레이트 및/또는 가장 높은 송신 전력으로 전송되는 데이터 스트림) 이 먼저 복구되고, 그 다음, 다음으로 낮게 요구되는 SNR 의 데이터가 복구되는 등이 될 수도 있다.

C. 스티어링 매트릭스 선택

전술한 바와 같이, L 스티어링 매트릭스의 세트는 공간 확산을 위해 생성되고 사용될 수도 있다. 이 세트에서의 스티어링 매트릭스는 다양한 방식으로의 사용을 위해 선택될 수도 있다. 일 실시형태에서, 스티어링 매트릭스는 결정적인 방식으로 이 세트로부터 선택된다. 예를 들어, L 스티어링 매트릭스는, 제 1 스티어링 매트릭스 ( V (1)), 그 다음, 제 2 스티어링 매트릭스 ( V (2)) 등이고, 그 다음, 최종 스티어링 매트릭스 ( V (L)) 와 같이, 순차적인 순서로 순환되고 선택될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 스티어링 매트릭스는 의사-랜덤 방식의 세트로부터 선택된다. 예를 들어, 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 사용할 스티어링 매트릭스는, L 스티어링 매트릭스 또는 스티어링 매트릭스 ( V (f(m))) 중의 하나를 의사-랜덤하게 선택하는 함수 f(m) 에 기초하여 선택될 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 스티어링 매트릭스는 세트로부터 "교환 (permutated)" 방식으로 선택된다. 예를 들어, L 스티어링 매트릭스는 순차적인 순서의 사용을 위해 순환되고 선택될 수도 있다. 그러나, 각각의 사이클에 대한 개시 스티어링 매트릭스는, 항상 제 1 스티어링 매트릭스 ( V (1)) 가 되는 대신에, 의사-랜덤 방식으로 선택될 수도 있다. 또한, L 스티어링 매트릭스는 다른 방식으로 선택될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위 내이다.

또한, 스티어링 매트릭스 선택은 이 세트의 스티어링 매트릭스의 넘버 (L) 및 블록 길이 (N_M) 에 종속적일 수도 있다. 일반적으로, 스티어링 매트릭스의 넘버는 블록의 길이 이상일 수도 있고, 또는 블록 길이 보다 작을 수도 있다. 이 3 가지 경우에서의 스티어링 매트릭스 선택은 이하 설명된 바와 같이 수행될 수도 있다.

L=N_M 이면, 스티어링 매트릭스의 넘버는 블록 길이와 일치한다. 이 경우, 상이한 스티어링 매트릭스는, 데이터 심볼 블록의 세트를 브로드캐스트하는데 사용되는 N_M 송신 범위의 각각에 대해 선택될 수도 있다. N_M 송신 범위에 대한 N_M 스티어링 매트릭스는 전술한 바와 같이 결정적으로, 의사-랜덤하게, 또는 교환 방식으로 선택될 수도 있다.

L<N_M 이면, 블록 길이는 세트의 스티어링 매트릭스의 넘버보다 더 길다. 이 경우, 스티어링 매트릭스는 각각의 데이터 심볼 블록 세트에 대해 재사용되고, 전술한 바와 같이 선택될 수도 있다.

L>N_M 이면, 스티어링 매트릭스의 서브세트는 각각의 데이터 심볼 블록 세트에 대해 사용된다. 각각의 데이터 심볼 블록 세트에 대한 사용을 위한 특정 서브세트의 선택은 결정적 또는 의사-랜덤적일 수도 있다. 예를 들어, 현재 데이터 심볼 블록에 대한 사용을 위한 제 1 스티어링 매트릭스는 이전 데이터 심볼 블록 세트에 대해 사용된 최종의 것 이후의 스티어링 매트릭스일 수도 있다.

D. MIMO 시스템

도 4 는 MIMO 시스템 (100) 의 액세스 포인트 (110) 및 이용자 터미널 (120) 의 블록도를 도시한다. 이용자 단말기 (120) 는 도 1 의 이용자 단말기의 하나이다. 액세스 포인트 (110) 에서, TX 데이터 프로세서 (420) 는 N_D 데이터 스트림에 대해 데이터를 수신하고 프로세스 (예를 들어, 인코딩, 인터리빙 및 변조) 하고, N_S 데이터 심볼 스트림을 제공하며, 여기서, N_S≥N_D≥1 이다. TX 공간 프로세서 (430) 는 공간 확산을 위해 N_S 데이터 심볼 스트림을 수신하고 공간 프로세스하고, 파일롯 심볼에서 멀티플렉싱하고, N_ap 송신 심볼 스트림을 N_ap 송신기 유닛 (TMTR; 432a 내지 432ap) 에 제공한다. TX 데이터 프로세서 (420) 에 의한 프로세싱은 이하 설명되고, TX 공간 프로세서 (430) 에 의한 공간 프로세싱은 전술한 바와 같다. 각각의 송신기 유닛 (432) 은 각각의 송신 심볼 스트림을 조절 (예를 들어, 아날로그로 변환, 필터링, 증폭, 및 주파수 업변환) 하여 변조된 신호를 생성한다. N_ap 송신기 유닛 (432a 내지 432ap) 은 N_ap 안테나 (434a 내지 434ap) 로부터의 송신을 위해 N_ap 변조 신호를 각각 제공한다.

이용자 단말기 (120) 에서, N_ut 안테나 (452a 내지 452ut) 는 N_ap 송신 신호를 수신하고, 각각의 안테나 (452) 는 각각의 수신기 유닛 (RCVR; 454) 에 수신 신호를 제공한다. 각각의 수신기 유닛 (454) 은, 송신기 유닛 (432) 에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하고, (1) 수신 데이터 심볼을 RX 공간 프로세서 (460) 에 제공하고, (2) 수신 파일롯 심볼을 제어기 (480) 내부의 채널 추정기 (484) 에 제공한다. RX 공간 프로세서 (460) 는 제어기 (480) 로부터의 공간 필터 매트릭스로 N_ut 수신기 유닛 (454a 내지 454ut) 로부터의 N_ut 수신 심볼 스트림에 대해 공간 프로세싱을 수행하고, 액세스 포인트 (110) 에 의해 브로드캐스트된 N_S 데이터 심볼 스트림의 추정치인 N_S 검출된 심볼 스트림 을 제공한다. 그 후, RX 데이터 프로세서 (470) 은 N_S 검출된 심볼 스트림 을 프로세스 (예를 들어, 디매핑, 디인터리빙, 및 디코딩) 하고, N_D 데이터 스트림의 추정치인 N_D 디코딩된 데이터 스트림을 제공한다.

제어기 (440 및 480) 는 액세스 포인트 (110) 및 이용자 단말기 (120) 에서 다양한 프로세싱 유닛의 동작을 제어한다. 메모리 유닛 (442 및 482) 은 제어기 (440 및 480) 에 의해 사용된 데이터 및/또는 프로그램 코드를 각각 저장한다.

도 5a 는 액세스 포인트 (110) 의 TX 데이터 프로세서 (420) 및 TX 공간 프로세서 (430) 의 일 실시형태인, TX 데이터 프로세서 (420a) 및 TX 공간 프로세서 (430a) 의 블록도를 도시한다. 본 실시형태에서, TX 데이터 프로세서 (420a) 는 ℓ=1...N_D 에 대한 N_D 데이터 스트림 {d_ℓ} 에 대한 N_D TX 데이터 스트림 프로세서 (520a 내지 520nd) 를 포함한다.

각각의 TX 데이터 스트림 프로세서 (520) 내부에서, 인코더 (522) 는 코딩 방식에 기초하여 데이터 스트림 {d_ℓ} 을 수신하고 인코딩하며, 코드 비트를 제공한다. 데이터 스트림은 하나 이상의 데이터 패킷을 반송할 수도 있고, 통상적으로 각각의 데이터 패킷은 개별적으로 인코딩되어 코드 블록 또는 코딩된 데이터 패킷을 획득한다. 코딩은 데이터 송신의 신뢰성을 증가시킨다. 코딩 방식에는 순환 리던던시 체크 (CRC) 생성, 컨볼루셔널 코딩, 터보 코딩, 저밀도 패리티 체크 (LDPC) 코딩, 블록 코딩, 다른 코딩, 또는 이들의 조합이 포함될 수도 있다. 공간 확산으로, SNR 은 MIMO 채널이 코드 블록에 걸쳐 정적일 때에도 코드 블록을 가로질러 변할 수 있다. 충분히 강력한 코딩 방식이 코드 블록을 가로지르는 SNR 변화에 대항하는데 사용될 수도 있고, 따라서, 코딩된 성능은 코드 블록을 가로지르는 평균 SNR 에 비례한다. 공간 확산에 대해 양호한 성능을 제공할 수 있는 어떤 예시적인 코딩 방식에는 (예를 들어, IS-856 에 의해 정의되는) 터보 코드, LDPC 코드, 및 컨볼루셔널 코드가 포함된다.

채널 인터리버 (524) 는 주파수, 시간 및/또는 공간 다이버시티를 달성하기 위해 인터리빙 방식에 기초하여 코드 비트를 인터리빙 (즉, 재정렬) 한다. 인터리빙은 코드 블록, 부분 코드 블록, 다중 코드 블록, 하나 이상의 송신 범위 등을 가로질러 수행될 수도 있다. 심볼 매핑 유닛 (526) 은 변조 방식에 기초하여 인터리빙된 비트를 매핑하고, 데이터 심볼 {s_ℓ} 의 스트림을 제공한다. 유닛 (526) 은 B 인터리빙된 비트의 각각의 세트를 그룹화하여 B-비트값 (B≥1) 을 형성하고, 변조 방식 (예를 들어, QPSK, M-PSK, 또는 M-QAM, 여기서, M=2^B) 에 기초하여 각각의 B-비트값을 특정 변조 심볼로 추가적으로 매핑한다. 유닛 (526) 은 각각의 코드 블록에 대해 데이터 심볼의 블록을 제공한다.

도 5a 에서, N_D TX 데이터 스트림 프로세서 (520a 내지 520nd) 는 N_D 데이터 스트림을 프로세스하고, N_M 송신 범위의 각각의 블록 길이에 대해 N_D 데이터 심볼 블록을 제공한다. 또한, 하나의 TX 데이터 스트림 프로세서 (520) 는, 예를 들어, 시간 분할 멀티플렉싱 (TDM) 방식으로, N_D 데이터 스트림을 프로세스할 수도 있다. N_D 데이터 스트림에 대해 동일하거나 상이한 코딩 및 변조 방식이 사용될 수도 있다. 또한, N_D 데이터 스트림에 대해 동일하거나 상이한 데이터 레이트가 사용될 수도 있다. 각각의 데이터 스트림에 대한 데이터 레이트는 그 스트림에 대해 사용되는 코딩 및 변조 방식에 의해 결정된다.

멀티플렉서/디멀티플렉서 (Mux/Demux; 528) 는 N_D 데이터 스트림에 대한 데이터 심볼을 수신하여 N_S 데이터 심볼 스트림으로 멀티플렉싱/디멀티플렉싱한다. N_D = N_S 이면, Mux/Demux (528) 는 각각의 데이터 심볼 스트림으로서 각각의 데이터 스트림에 대해 데이터 심볼을 제공한다. N_D = 1 이면, Mux/Demux (528) 는 하나의 데이터 스트림에 대한 데이터 심볼을 N_S 데이터 심볼 스트림으로 디멀티플렉싱한다.

TX 공간 프로세서 (430a) 는 N_M 송신 범위의 각각의 블록 길이에 대해, TX 데이터 프로세서 (420a) 로부터의 N_D 데이터 심볼 블록 및 제어기 (440) 로부터의 N_M 스티어링 매트릭스 ( V (m)) 를 수신한다. 스티어링 매트릭스는 메모리 유닛 (442) 내부의 스티어링 매트릭스 (SM) 저장부 (542) 로부터 복구될 수도 있고, 필요에 따라 제어기 (440) 에 의해 생성될 수도 있다. TX 공간 프로세서 (430a) 내부에서, 매트릭스 승산 유닛 (532) 은 스티어링 매트릭스 ( V (m)) 를 이용하여 각각의 송신 범위 (m) 에 대한 데이터 심볼에 대해 공간 프로세싱을 수행하고, 그 송신 범위에 대해 송신 심볼을 제공한다. 멀티플렉서 (534) 는, 예를 들어, 시간 분할 멀티플렉싱 방식으로, 파일롯 심볼을 이용하여 심볼을 송신한다. 각각의 송신 범위에 대해, TX 공간 프로세서 (430a) 는 하나 이상의 심볼 주기 및/또는 그 송신 범위에 대한 하나 이상의 서브밴드에서, N_ap 액세스 포인트 안테나로부터 브로드캐스트를 위해 N_ap 송신 심볼 시퀀스를 제공한다. TX 공간 프로세서 (430a) 는 상이한 송신 범위에 대해 N_ap 송신 심볼 시퀀스를 추가적으로 멀티플렉싱하고, N_ap 액세스 포인트 안테나에 대해 N_ap 송신 심볼 스트림 {x_j} (j=1...N_ap) 를 제공한다.

도 5b 는, 액세스 포인트 (110) 의 TX 데이터 프로세서 (420) 및 TX 공간 프로세서 (430) 의 또 다른 실시형태인, TX 데이터 프로세서 (420b) 및 TX 공간 프로세서 (430b) 의 블록도를 도시한다. 이 실시형태에서, TX 데이터 프로세서 (420b) 는 하나의 데이터 스트림 {d} 에 대해 하나의 TX 데이터 스트림 프로세서 (520) 를 포함한다. TX 데이터 스트림 프로세서 (520) 는 도 5a 에 대해 전술한 바와 같이, 데이터 스트림 {d} 을 프로세스하고, 데이터 심볼을 제공한다. 디멀티플렉서 (529) 는 프로세서 (520) 로부터의 데이터 심볼을 N_S 데이터 심볼 스트림 {s_ℓ} (ℓ= 1...N_S) 으로 디멀티플렉싱하고, 각각의 데이터 심볼 블록은 H (m) 의 N_S 공간 채널을 통해 브로드캐스트된다.

TX 공간 프로세서 (430b) 내부에서, 멀티플렉서 (530) 는 TX 데이터 프로세서 (420b) 로부터 N_S 데이터 심볼 스트림을 수신하고, 파일롯 심볼에서 멀티플렉싱하고, 데이터/파이럿 심볼의 N_S 스트림을 제공한다. 매트릭스 승산 유닛 (532) 은 스티어링 매트릭스 ( V (m)) 를 이용하여 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 데이터/파일롯 심볼에 대해 공간 프로세싱을 수행하고, 그 송신 범위에 대해 송신 심볼을 제공한다. TX 공간 프로세서 (430b) 는 N_ap 액세스 포인트 안테나에 대해 N_ap 송신 심볼 스트림 {x_j} (j=1...N_ap) 을 제공한다. TX 공간 프로세서 (430b) 는 파일롯 및 데이터 심볼 양자 모두에 대해 공간 확산을 수행하는 반면, TX 공간 프로세서 (430a) 는 데이터 심볼에 대해서만 공간 확산을 수행하고, 파일롯 심볼에 대해서는 공간 확산을 수행하지 않는다.

도 5a 및 도 5b 는 액세스 포인트 (110) 의 TX 데이터 프로세서 (420) 및 TX 공간 프로세서 (430) 의 예시적인 실시형태를 도시한다. 프로세서 (420 및 430) 는 다른 방식으로 구현될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위에 속한다.

도 6a 는 이용자 단말기 (120) 의 프로세싱 유닛의 일 실시형태의 블록도를 도시하고, 이는 도 5a 에 도시된 액세스 포인트 실시형태와 결합하여 사용될 수도 있다. N_ut 수신기 유닛 (454a 내지 454ut) 은 수신 파일롯 심볼 {r_i ^p} (i=1...N_ut) 을 채널 추정기 (484) 에 제공한다. (도 5a 에 도시된 바와 같이) 액세스 포인트 (110) 가 공간 확산 없이 파일롯 심볼을 송신한다면, 채널 추정기 (484) 는 수신 파일롯 심볼에 기초하여 채널 응답 매트릭스 H (m) 의 추정치인

을 유도한다. 그 다음, 채널 추정기 (484) 는 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 스티어링 매트릭스 ( V (m)) 을 얻고

으로서 유효 채널 응답 매트릭스의 추정 치인

을 유도한다. 이용자 단말기 (120) 는 양 엔터티 모두가 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 동일한 스티어링 매트릭스 ( V (m)) 을 사용하도록 액세스 포인트 (110) 에 동기화된다. (도 5b 에 도시된 바와 같이) 액세스 포인트 (110) 가 공간 확산을 이용하여 파일롯 심볼을 송신한다면, 채널 추정기 (484) 는 수신 파일롯 심볼에 기초하여 직접 유효 채널 응답 매트릭스를 추정한다. 어느 경우에도, 채널 추정기 (484) 는 각각의 송신 범위에 대해 추정된 유효 채널 응답 매트릭스 (

) 를 제공한다.

제어기 (480) 는 CCMI, MMSE, 또는 어떤 다른 기술을 이용하여 추정된 유효 채널 응답 매트릭스 (

) 에 기초하여, 각각의 송신 범위에 대해 공간 필터 매트릭스 ( M (m)) 및, 가능한 한, 대각 매트릭스 ( D (m)) 를 유도한다. RX 공간 프로세서 (460) 는 수신기 유닛 (454a 내지 454ut) 으로부터의 수신 데이터 심볼

(i=1...N_ut) 및 제어기 (480) 로부터의 매트릭스 ( M (m) 및 D (m)) 를 얻는다. RX 공간 프로세서 (460) 는 M (m) 및 D (m) 을 이용하여 각각의 송신 범위에 대한 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하고, 검출 심볼을 RX 데이터 프로세서 (470) 에 제공한다.

도 6a 에 도시된 실시형태에서, RX 데이터 프로세서 (470a) 는 각각의 N_D 데이터 스트림에 대해 멀티플렉서/디멀티플렉서 (668) 및 N_D RX 데이터 스트림 프로세서 (670a 내지 670nd) 를 포함한다. Mux/Demux (668) 는 N_S 공간 채널에 대한 N_S 검출된 심볼 스트림을 수신하여 N_D 데이터 스트림에 대한 N_D 검출된 심볼 스트림 으로 멀티플렉싱/디멀티플렉싱한다. 각각의 RX 데이터 스트림 프로세서 (670) 내부에서, 심볼 디매핑 유닛 (672) 은 그 스트림에 대해 사용된 변조 방식과 일치하는 관련된 데이터 스트림에 대해 검출 심볼을 복조하여, 복조된 데이터를 제공한다. 채널 디인터리버 (674) 는 액세스 포인트 (110) 에 의해 그 스트림에 대해 수행된 인터리빙에 상보적인 방식의 복조 데이터를 디인터리빙한다. 디코더 (676) 는 그 스트림에 대해 액세스 포인트 (110) 에 의해 수행된 인코딩에 상보적인 방식의 디인터리빙된 데이터를 디코딩한다. 예를 들어, 터보 또는 컨볼루셔널 코딩 각각이 액세스 포인트 (110) 에 의해 수행된다면, 터보 디코더 또는 비터비 (Viterbi) 디코더가 디코더 (676) 로 사용될 수도 있다. 디코더 (676) 는 각각의 데이터 심볼 블록에 대해 디코딩된 데이터 패킷을 포함하는 디코딩된 데이터 스트림을 제공한다.

도 6b 는 RX 공간 프로세서 (460b) 및 RX 데이터 프로세서 (470b) 의 블록도를 도시하고, 이는 이용자 단말기 (120) 에 대해 SIC 기술을 구현한다. RX 공간 프로세서 (460b) 및 RX 데이터 프로세서 (470b) 는 N_D 데이터 스트림에 대해 N_D 캐스케이딩된 수신기 프로세싱 스테이지를 구현한다. 단순함을 위해, N_D = N_S 이고 각각의 데이터 심볼 스트림은 각각의 데이터 스트림에 대응한다. 스테이지 1 내지 N_D-1 의 각각은 공간 프로세서 (660), 간섭 제거기 (662), RX 데이터 스트림 프로세서 (670), 및 TX 데이터 스트림 프로세서 (680) 를 포함한다. 최종 스테이지는 공간 프로세서 (660nd) 및 RX 데이터 스트림 프로세서 (670nd) 만을 포함한다. 도 6a 에 도시된 바와 같이, 각각의 RX 데이터 스트림 프로세서 (670) 는 심볼 디매핑 유닛, 채널 디인터리버, 및 디코더를 포함한다. 도 5b 에 도시된 바와 같이, 각각의 TX 데이터 스트림 프로세서 (680) 는 인코더, 채널 인터리버, 및 심볼 매핑 유닛을 포함한다.

스테이지 1 에서, 공간 프로세서 (660a) 는 N_ut 수신 심볼 스트림에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하고, 하나의 검출된 심볼 스트림

을 제공한다. RX 데이터 스트림 프로세서 (670a) 는 검출된 심볼 스트림

을 복조, 디인터리빙, 및 디코딩하고, 대응하는 디코딩된 데이터 스트림

을 제공한다. TX 데이터 스트림 프로세서 (680a) 는 그 스트림에 대해 액세스 포인트 (110) 에 의해 수행된 동일한 방식의 디코딩된 데이터 스트림

을 인코딩, 인터리빙, 및 변조하고, 재변조된 심볼 스트림

을 제공한다. 간섭 제거기 (662a) 는 데이터 심볼 스트림 {s₁} 으로 인한 N_ut 간섭 성분을 얻기 위해 추정된 유효 채널 응답 매트릭스

를 이용하여 재변조된 심볼 스트림

을 프로세스한다. 스테이지 2 에 제공되는 N_ut 변조 심볼 스트림을 얻기 위해 N_ut 수신 심볼 스트림으로부터 N_ut 간섭 성분이 감산된다.

스테이지 2 내지 N_D-1 의 각각은, N_ut 수신 심볼 스트림 대신에 선행 스테이 지로부터의 N_ut 변조 심볼 스트림인 경우에도, 스테이지 1 과 동일한 프로세싱을 수행한다. 최종 스테이지는 스테이지 N_D-1 로부터의 N_ut 변조 심볼 스트림에 대해 공간 프로세싱 및 디코딩을 수행하고, 간섭 추정 및 제거를 수행하지 않는다.

공간 프로세서 (660a 내지 660nd) 는 각각 CCMI, MMSE, 또는 어떤 다른 기술을 구현할 수도 있다. 각각의 공간 프로세서 (660) 는 검출 심볼 벡터 (

) 를 얻기 위해 공간 필터 매트릭스 (

) 를 이용하여 입력 (수신된 또는 변조된) 심볼 벡터 (

) 를 승산하고, 그 스테이지에 대해 검출된 심볼 스트림을 제공한다. 매트릭스 (

) 는 각각의 스테이지에 대해 감소된 유효 채널 응답 추정치 (

) 에 기초하여 유도된다.

2. MISO 브로드캐스트

도 7 은 액세스 포인트 (710) 및 이용자 단말기 (720) 를 이용한 MISO 시스템 (700) 을 도시한다. 액세스 포인트 (710) 는 데이터 송신을 위해 다중 (N_ap) 안테나가 구비된다. 각각의 이용자 단말기 (720) 는 데이터 수신을 위해 단일 안테나가 구비된다. 이용자 단말기는 액세스 포인트 (710) 의 커버리지 영역 전체에 걸쳐 분포될 수도 있다. 상이한 MISO 채널은 액세스 포인트의 N_ap 안테나 및 각각의 이용자 단말기의 단일 안테나에 의해 형성된다. 소정의 이용자 단말기에 대한 MISO 채널은 1×N_ap 채널 응답 로우 벡터 h 에 의해 특징지어질 수도 있고, 여기서, h =[h₁ h_2...h_Nap] 이고, j=1...N_ap 인 엔트리 h_j 는 액세스 포인트 안테나 j 및 이용자 단말기 안테나 사이의 결합을 표시한다.

브로드캐스트 성능이 예상되는 최악의 경우의 채널 조건에 의해 지시되지 않도록, 각각의 단일 안테나 이용자 단말기에 의해 관측되는 유효 MISO 채널을 랜덤화하는데 공간 확산이 사용될 수도 있다. MISO 시스템에서, 액세스 포인트는 단지 하나의 칼럼만을 포함하는 저하된 스티어링 매트릭스인 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세싱을 수행한다.

MISO 시스템에서 공간 확산을 위한 액세스 포인트에서의 공간 프로세싱은

식 (16)

로서 표현될 수도 있고,

여기서, s(m) 은 송신 범위 (m) 에 전송될 데이터 심볼이고;

v (m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ap×1 스티어링 벡터이며;

x _miso(m) 는 송신 범위 (m) 의 N_ap 액세스 포인트로부터 전송될 N_ap 송신 심볼을 갖는 N_ap×1 벡터이다.

L 스티어링 벡터의 세트는 생성될 수도 있고, { v }, 또는 i=1...L 에 대해 v (i) 로서 표시된다. 이 세트에서 하나의 스티어링 벡터는 각각의 송신 범위 (m) 에 대해 선택되고, 그 송신 범위에 대해 액세스 포인트에 의해 공간 프로세싱에 이용된다.

공간 확산을 이용하여 각각의 단일 안테나 이용자 단말기에서의 수신 심볼은

식 (17)

로서 표현될 수도 있고,

여기서 r(m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 수신 심볼이고;

h_eff(m) 은 h_eff(m)= h (m)· v (m) 으로서 송신 범위 (m) 에 대한 유효 채널 응답이며;

n(m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 잡음이다.

식 (17) 에서 나타낸 바와 같이, 액세스 포인트에 의해 수행된 공간 확산 때문에, 액세스 포인트에 의한 데이터 심볼 스트림 브로드캐스트는 유효 채널 응답 h_eff(m) 을 관측하고, 이는 실제 채널 응답 ( h (m)) 및 스티어링 벡터 ( v (m)) 을 포함한다. 이용자 단말기는 (예를 들어, 수신 파일롯 심볼에 기초한) 채널 응답 벡터 ( h (m)) 의 추정치인

을 유도할 수도 있다. 그 후, 이용자 단말기는

로서 유효 채널 응답 추정치인

을 유도할 수도 있다. 다르게는, 이용자 단말기는, 예를 들어, v (m) 을 이용하여 송신된 수신 파일롯 심볼에 기초하여, 직접 유효 채널 응답을 추정할 수 있다. 어느 경우에도, 이용자 단말기는 검출 심볼 (

) 을 얻기 위해 유효 채널 응답 추정치 (

) 를 이용하여 수신 심볼 r(m) 에 대해 검출 (예를 들어, 정합 필터링 및/또는 이퀄라이제이션 (equalization)) 을 수행한다.

MISO 시스템에 대한 브로드캐스트 송신 및 수신은 도 2 및 도 3 에 대해 전술한 바와 유사하게 수행될 수도 있다. 그러나, MISO 시스템에서의 브로드캐스트 송신에 하나의 공간 채널만이 이용가능하고 이용된다. 도 2 를 참조하면, MISO 시스템에서의 브로드캐스트 송신에 있어서, 하나의 데이터 심볼 블록이 생성되어 (블록 212) N_M 송신 범위에서 브로드캐스트될 N_M 서브블록으로 파티션된다 (블록 214). 스티어링 벡터는 각각의 서브블록/송신 범위에 대해 선택되고 (블록 218), 서브블록의 데이터 심볼(들)에 대한 공간 프로세싱에 이용된다 (블록 220). 각각의 서브블록에 대한 송신 심볼은 관련 송신 범위의 N_ap 액세스 포인트 안테나를 통해 브로드캐스트된다 (블록 222).

도 3 을 참조하면, MISO 시스템에서 브로드캐스트 수신에 있어서, 각각의 서브블록에 대해 하나 이상의 수신 데이터 심볼이 이용자 단말기의 단일 안테나로부터 얻어진다 (블록 314). 각각의 서브블록에 대해 액세스 포인트에 의해 이용된 스티어링 벡터가 결정되고 (블록 316), 유효 채널 응답 추정치 (

) 를 유도하는데 사용되며 (블록 318), 이는 서브블록에 대해 수신 데이터 심볼(들) 의 검출에 사용된다 (블록 320). 현재의 데이터 심볼 블록에 대한 모든 N_M 서브블록이 수신된 후에, 블록에 대해 디코딩된 데이터를 얻기 위해 블록에 대한 검출 심볼이 프로세스 (복조, 디인터리빙, 및 디코딩) 된다 (블록 326).

도 8 은 MIMO 시스템 (700) 의 액세스 포인트 (710) 및 이용자 단말기 (720) 의 블록도를 도시한다. 이용자 단말기 (720) 는 도 7 의 이용자 단말기 중의 하나이다. 액세스 포인트 (710) 에서, TX 데이터 프로세서 (820) 는 대응하는 데이터 심볼 스트림 {s} 을 얻기 위해 데이터 스트림 {d} 에 대해 데이터 프로세싱을 수행한다. TX 데이터 프로세서 (820) 는 도 5b 의 TX 데이터 스트림 프로세서 (520) 를 이용하여 구현될 수도 있다. TX 공간 프로세서 (830) 는 (예를 들어, 식 (16) 에 도시된 바와 같이), 스티어링 벡터를 이용하여 데이터 심볼에 대해 공간 확산을 수행하고, 파일롯 심볼에서 멀티플렉싱을 하고, N_ap 송신 심볼 스트림을 제공한다. N_ap 송신기 유닛 (832a 내지 832ap) 은 N_ap 송신 심볼 스트림을 조절하여 N_ap 변조 신호를 생성하고, 이는 N_ap 안테나 (834a 내지 834ap) 로부터 각각 송신된다.

이용자 단말기 (720) 에서, 안테나 (852) 에 의해 N_ap 송신 신호가 수신되고, 안테나로부터의 수신 신호는 수신기 유닛 (854) 에 의해 조절되어 수신 심볼이 얻어진다. 채널 추정기 (884) 는 각각의 송신 범위에 이용되는 스티어링 벡터 v (m) 및 수신 파일롯 심볼에 기초하여 유효 채널 응답 추정치 (

) 를 유도한다. 검출기 (860) 는 유효 채널 응답 추정치 (

) 를 이용하여 수신 데이터 심볼에 대해 검출 (예를 들어, 정합 필터링 및/또는 이퀄라이제이션) 를 수행하고, 검출 심볼

의 스트림을 제공한다. RX 데이터 프로세서 (870) 는 검출된 심볼 스트림을 프로세스 (예를 들어, 디매핑, 디인터리빙, 및 디코딩) 하고, 디코딩된 데이터 스트림

을 제공한다. RX 데이터 프로세서 (870) 는 도 6a 의 RX 데이터 스트림 프로세서 (670a) 를 이용하여 구현될 수도 있다.

제어기 (840 및 880) 는 액세스 포인트 (710) 및 이용자 단말기 (720) 의 다양한 프로세싱 유닛의 동작을 각각 제어한다. 메모리 유닛 (842 및 882) 은 제어기 (840 및 880) 에 의해 이용되는 데이터 및/또는 프로그램 코드를 각각 저장한다.

3. OFDM -기반 시스템

여기에 설명된 브로드캐스트 송신 기술은 멀티-캐리어 시스템 뿐만 아니라, 단일-캐리어 시스템에서 사용될 수도 있다. 다수 캐리어는 OFDM 또는 어떤 다른 구성을 이용하여 얻어질 수도 있다. OFEM-기반 시스템에서, 브로드캐스트에 사용되는 서브밴드의 각각에 대해 공간 확산이 수행될 수도 있다.

OFDM (즉, MIMO-OFDM 시스템) 을 이용하는 MIMO 시스템에 있어서, 각각의 OFDM 심볼 주기 (n) 의 각각의 서브밴드 (k) 에 대해 하나의 데이터 심볼 벡터 s (k,n) 가 수행될 수도 있다. 벡터 s (k,n) 는 OFDM 심볼 주기 (n) 의 서브밴드 (k) 의 N_S 공간 채널을 통한 브로드캐스트를 위해 N_S 데이터 심볼까지 포함한다. 송신 범위에 대한 인덱스 (m) 는 서브밴드 (k) 및 OFDM 심볼 주기 (n) 에 대해 k, n 으로 대체된다. N_F 벡터까지는, s (k,n) (k=1...N_F) 는 하나의 OFDM 심볼 주기에서 N_F 서브밴드에 대해 동시에 브로드캐스트될 수도 있다. 송신 범위는 하나 이상의 OFDM 심볼 주기에서 하나 이상의 서브밴드를 커버할 수도 있다.

N_D 데이터 심볼 블록은 MIMO-OFDM 시스템에서 다양한 방식으로 브로드캐스트 될 수도 있다. 예를 들어, 각각의 심볼 블록은 N_F 서브밴드 각각에 대해 벡터 s (k,n) 중 하나의 엔트리로서 브로드캐스트될 수도 있다. 이 경우, 각각의 데이터 심볼 블록은 모든 N_F 서브밴드에 대해 브로드캐스트되고, 주파수 다이버시티를 달성한다. 각각의 데이터 심볼 블록은 또한 하나 또는 다수의 OFDM 심볼 주기에 미친다. 따라서, 각각의 데이터 심볼 블록은 (시스템 설계에 의해) 주파수 및/또는 시간 디멘션 플러스 (공간 확산을 통한) 공간 디멘션에 미친다.

또한, 스티어링 매트릭스는 MIMO-OFDM 시스템에 대해 다양한 방식으로 선택될 수도 있다. 서브밴드에 대한 스티어링 매트릭스는 전술한 바와 같이 결정적, 의사-랜덤, 또는 교환 방식으로 선택될 수도 있다. 예를 들어, 세트의 L 스티어링 매트릭스는 OFDM 심볼 주기 (n) 의 서브밴드 (1 내지 N_F), 그 다음은 OFDM 심볼 주기 (n+1) 의 서브밴드 (1 내지 N_F) 등으로, 순차적인 순서로 순환하고 선택될 수도 있다. 세트의 스티어링 매트릭스의 넘버는 서브밴드의 넘버보다 작거나, 같거나, 도는 더 클 수도 있다. 전술한 L=N_M, L<N_M, 및 L>N_M 인 세 가지 경우는 N_M 을 N_F 로 대체함으로써, 서브밴드에도 또한 적용될 수도 있다.

OFDM 을 이용하는 MISO 시스템 (즉, MISO-OFDM 시스템) 에 있어서, 하나의 데이터 심볼 s(k,n) 은 OFDM 심볼 주기 (n) 의 각각의 서브밴드 (k) 에 대해 브로드캐스트될 수도 있다. N_F 데이터 심볼까지는, s(k,n) (k=1...N_F) 는 하나의 OFDM 심볼 주기에서 N_F 서브밴드에 대해 동시에 브로드캐스트될 수도 있다. 각 각의 데이터 심볼 블록은 하나 또는 다중의 서브밴드에 대해 및/또는 하나 또는 다중의 OFDM 심볼 주기에서 브로드캐스트될 수도 있다. 스티어링 벡터는 MIMO-OFDM 시스템의 스티어링 매트릭스에서와 유사한 방식으로 선택될 수도 있다.

OFDM-기반 시스템에 있어서, 도 4 의 각각의 송신기 유닛 (432) 및 도 8 의 각각의 송신기 유닛 (832) 은 관련 송신 안테나의 모든 NF 서브밴드에 대한 송신 심볼에 대해 OFDM 변조를 수행한다. OFDM 변조에 있어서, 각각의 OFDM 심볼 주기의 N_F 서브밴드에 대해 브로드캐스트될 NF 송신 심볼은 N_F 칩을 포함하는 "변환된 (transformed)" 심볼을 얻기 위해, N_F-포인트 역 고속 퓨리에 변환 (IFFT) 을 이용하여 타임-도멘인으로 변환된다. 주파수 선택적 페이딩에 의해 야기되는 심볼간 간섭 (ISI) 에 대항하기 위해, 각각의 변환 심볼의 부분 (또는 N_cp 칩) 은 대응하는 OFDM 심볼을 형성하기 위해 통상적으로 반복된다. 각각의 OFDM 심볼은 N_F+N_cp 칩 주기인 하나의 OFDM 심볼 주기에서 브로드캐스트되고, 여기서, Ncp 는 순환 프리픽스 길이 (cyclic prefix length) 이다. 각각의 송신기 유닛은 OFDM 심볼의 스트림을 생성하고, OFDM 심볼 스트림을 추가적으로 조절하여 관련 안테나로부터 브로드캐스트하기 위해 변조 신호를 생성한다. 도 4 의 각각의 수신기 유닛 (454) 및 도 8 의 각각의 수신기 유닛 (854) 은 수신 데이터 심볼 및 수신 파일롯 심볼을 얻기 위해 그것의 수신 신호에 대해 상보적인 OFDM 복조를 수행한다.

4. 송신 다이버시티

공간 확산은 공간-시간 송신 다이버시티 (STTD), 공간-주파수 송신 다이버시 티 (SFTD), 직교 송신 다이버시티 (OTD) 등과 같은 다양한 송신 다이버시티 방식으로 조합하여 이용될 수도 있다. STTD 는 공간 및 시간 다이버시티를 달성하기 위해 2 개의 심볼 주기에서 2 개의 안테나로부터 데이터 심볼의 각각의 쌍을 송신한다. SFTD 는 공간 및 주파수 다이버시티를 달성하기 위해 2 개의 서브밴드에서 2 개의 안테나로부터 데이터 심볼의 각각의 쌍을 송신한다. OTD 는 공간 및 기간 다이버시티를 달성하기 위해서 2 개의 직교 코드를 이용하여 2 개의 심볼 주기에서 2 개의 안테나로부터 동시에 2 개의 데이터 심볼을 송신한다. 공간 확산은 이들 송신 다이버시티 방식에 대해 개선된 성능을 제공할 수도 있다.

STTD 방식에 있어서, 송신 범위 (m) 에서 브로드캐스트될 데이터 심볼 s_a(m) 및 s_b(m) 의 각각의 쌍에 대해, 2 개의 코딩된 심볼 벡터 (예를 들어

및

) 를 생성하고, 여기서, "*" 은 복소 켤레를 표시하고, "^T" 는 전치를 나타낸다. 각각의 벡터는 하나의 심볼 주기에서 N_ap 액세스 포인트 안테나로부터 브로드캐스트될 2 개의 코딩된 심볼을 포함한다. 벡터 s ₁(m) 는 제 1 심볼 주기에서 브로드캐스트되고, 벡터 s ₂(m) 은 다음 심볼 주기에서 브로드캐스트된다. 각각의 데이터 심볼은 양 벡터에 모두 포함되고, 따라서 2 개의 심볼 주기에 걸쳐 브로드캐스트된다.

액세스 포인트는

, i=1,2 식 (18)

와 같이, 동일한 스티어링 매트릭스를 이용하여 2 개의 벡터 s ₁(m) 및 s ₂(m) 에 대해 공간 확산을 수행하고, 여기서, V _sttd(m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ap×2 스티어링 매트릭스이고;

x _sttd _,i(m) 은 송신 범위 (m) 의 심볼 주기 (i) 에서 N_ap 액세스 포인트로부터 전송되는 N_ap 송신 심볼을 이용한 N_ap×1 벡터이다.

이용자 단말기에 단일 안테나가 구비된다면, 수신 심볼은

식 (19)

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서, r_i(m) 은 송신 범위 (m) 의 심볼 주기 (i) 에 대한 수신 심볼이고;

h (m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 1×N_ap 채널 응답 로우 벡터이며;

h _eff _, _sttd(m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 1×2 유효 채널 응답 로우 벡터이고,

이며;

n_i(m) 은 송신 범위 (m) 의 심볼 주기 (i) 에 대한 잡음이다.

채널 응답 h (m) 은 송신 범위 (m) 의 2 개의 심볼 주기에 걸쳐 일정하다고 가정된다.

단일 안테나 이용자 단말기는

, 및

식 (20)

와 같이 2 개의 심볼 s_a(m) 및 s_b(m) 의 추정치를 유도할 수 있고, 여기서,

는 h_eff _,i(m) (i=1,2) 의 추정치이고;

; 및

및

는 검출 심볼

및

각각에 대한 후 처리 잡음이다.

이용자 단말기에 다중 안테나가 구비된다면, 수신 심볼은

식 (21)

와 같이 표현될 수도 있고,

여기서, r _i(m) 은 송신 범위 (m) 의 심볼 주기 (i) 에 대한 N_ut 수신 심볼을 갖는 N_ut×1 벡터이고;

H (m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut×N_ap 채널 응답 매트릭스이며;

H _eff _, _std(m) 은 송신 범위 (m) 에 대한 N_ut×2 유효 채널 응답 매트릭스이고, 여기서,

이며;

n _i(m) 은 송신 범위 (m) 의 심볼 주기 (i) 에 대한 잡음 벡터이다.

다중-안테나 이용자 단말기는

, 및

식 (22)

와 같이 2 개의 심볼 s_a(m) 및 s_b(m) 의 추정치를 유도할 수도 있고,

여기서,

는 h _eff _,i(m) (i=1,2) 의 추정치이고;

이며;

및

는 각각 검출 심볼

및

에 대한 후 처리 잡음이다.

SFTD 방식에 있어서, 2 개의 벡터 s ₁(m) 및 s ₂(m) 은 동일한 심볼 주기에서 2 개의 상이한 서브밴드에 대해 브로드캐스트된다. 전술한 동일한 송신 및 수신 프로세싱은 SFTD 방식에 대해서 수행될 수 있고, 여기서 인덱스 i 는 이제 심볼 주기 대신 서브밴드를 나타낸다. 채널 응답이 송신 범위에 걸쳐 거의 일정하다고 가정되므로, 2 개의 인접한 서브밴드 (k 및 k+1) 는 두 개의 벡터 s ₁(m) 및 s ₂(m) 를 브로드캐스트하는데 이용될 수도 있다.

5. 하이브리드 다중-안테나 시스템

도 9 는 액세스 포인트 (910) 및 이용자 단말기 (920) 를 갖는 다중-안테나 시스템 (900) 을 도시한다. 액세스 포인트 (910) 에는 데이터 송신을 위한 다중 (N_ap) 안테나가 구비된다. 각각의 이용자 단말기 (920) 에는 데이터 수신을 위해 단일 안테나 또는 다중 (N_ut) 안테나가 구비될 수도 있다. 각각의 다중-안테나 이용자 단말기는 액세스 포인트를 갖는 각각의 MIMO 채널을 갖고, 액세스 포인트로부터 MIMO 및 MISO 브로드캐스트 송신을 수신할 수 있다. 이하 설명되는 바와 같이, 각각의 단일 안테나 이용자 단말기는 액세스 포인트를 갖는 각각의 MISO 채널을 갖고, 액세스 포인트로부터 MISO 브로드캐스트 송신 및 가능한 한 MIMO 브로드캐스트 송신의 부분을 수신할 수 있다.

액세스 포인트 (910) 는 시스템 (900) 에서 다양한 방식으로 데이터를 브로드캐스트할 수도 있다. 일 실시형태에서, 액세스 포인트 (910) 는 (1) 다중-안테나 이용자 단말기에 의해 수신될 수 있는 MIMO 브로드캐스트 송신, 및 (2) 단일 안테나 및 다중-안테나 이용자 단말기 양자 모두에 의해 수신될 수 있는 MISO 브로드캐스트 송신을 전송한다. MIMO 및 MISO 브로드캐스트 송신은 (1) 시간 분할 멀티플렉싱 (TDM) 을 이용하여 상이한 시간에서, (2) 주파수 분할 멀티플렉싱 (FDM) 을 이용하여 서브밴드의 상이한 분해 세트 (different disjoint set) 에 대해, (3) 코드 분할 멀티플렉싱 (CDM), 어떤 다른 멀티플렉싱 방식, 또는 이들의 임의의 조합을 이용하여 상이한 코드 채널에 대해 전송할 수도 있다. 또 다른 실시형태에서, 액세스 포인트 (910) 는 단일 안테나 이용자 단말기가 (예를 들어, 기본적인 브로드캐스트 서비스를 위해) 브로드캐스트 송신의 부분을 복구할 수 있고, 다중-안테나 이용자 단말기가 (만약 충분한 링크 마진을 가진다면) 모든 브로드캐스트 송신을 복구할 수 있는 방식으로 MIMO 브로드캐스트 송신을 전송한다. 또 다른 실시형태에서, 액세스 포인트 (910) 는 이용자 단말기에 대한 예상되는 채널 조건에 기초하여 (예를 들어, MIMO 및 MISO 브로드캐스트 사이의) 브로드캐스트 송신을 조절할 수 있다.

6. 브로드캐스트 송신 방식

다중-안테나 시스템은 다양한 방식으로 MIMO 브로드캐스트를 수행할 수도 있다. 제 1 MIMO 브로드캐스트 방식에서, 액세스 포인트는 다중 (N_D) 데이터 스트림을 동시에 브로드캐스트하고, 모든 데이터 스트림에 대해 동일한 데이터 레이트 및 동일한 송신 전력을 사용하며, 여기서, N_S≥N_D≥1 이다. 데이터 레이트는, 예를 들어, 다중-안테나 이용자 단말기에 대해 예상되는 최악의 경우의 유효 채널에 기초하여, 선택될 수도 있고, 이는 이들 이용자 단말기에 대해 예상되는 최악의 경우의 실제 채널보다 더 양호해야 한다. 그러면, 브로드캐스트 커버리지 영역 내부의 대부분의 다중-안테나 이용자 단말기는 N_D 데이터 스트림을 복구할 수 있다.

제 2 MIMO 브로드케스트 방식에서, 액세스 포인트는 N_D 데이터 스트림을 동시에 브로드캐스트하고, 이들 스트림에 대해 상이한 데이터 레이트와 동일한 송신 전력을 이용한다. 이 브로드캐스트 방식은 브로드캐스트 커버리지 영역에 걸쳐 "계층형 (tiered)" 브로드캐스트 서비스를 제공하는데 사용될 수도 있다. 각각의 데이터 스트림은 그 데이터 레이트에 의해 결정되는 상이한 브로드캐스트 커버리지 영역을 갖는다. 가장 낮은 데이터 레이트를 갖는 데이터 스트림은 가장 큰 브로드캐스트 커버리지 영역을 갖고, 가장 높은 데이터 레이트를 갖는 데이터 스트림은 가장 작은 브로드캐스트 커버리지 영역을 갖는다. 각각의 이용자 단말기는 (1) 그것의 위치 및 채널 조건, 및 (2) 채용된 수신기 공간 프로세싱 기술에 의존하여 데이터 스트림의 하나, 일부, 또는 모두를 복구할 수도 있다. 이용자 단말기가 선형 수신기 공간 프로세싱 기술 (예를 들어, CCMI 또는 MMSE 기술) 을 이용한다면, 충분히 높은 링크 마진을 갖는다면, 더 높은 데이터 레이트를 이용하여 데이터 스트림을 복구할 수 있다. 이용자 단말기는 낮은 링크 마진을 갖는다면 (예를 들어, 커버리지 영역의 에지에 위치), 더 낮은 데이터 레이트를 이용하여서만 데이터 스트림을 복구할 수도 있다. 이용자 단말기가 SIC 기술을 이용한다면, 커버리지 영역의 에지에 위치한다 하더라도, 더 높은 데이터 레이트를 갖는 데이터 스트림 및 더 낮은 데이터 레이트를 갖는 데이터 스트림을 복구할 수도 있다. 이용자 단말기는 먼저 더 낮은 레이트의 데이터 스트림을 복구할 수 있고, 더 높은 레이트의 데이터 스트림을 복구하는데 필요한 더 높은 SNR 을 달성 하기 위해 간섭 제거를 수행한다.

제 3 MIMO 브로드캐스트 방식에서, 액세스 포인트는 N_D 데이터 스트림을 동시에 브로드캐스트하고, 이들 스트림에 대해 동일한 데이터 레이트와 상이한 송신 전력을 사용한다. 상이한 송신 전력은 각각의 데이터 스트림에 대한 데이터 심볼에 그 데이터 스트림에 대한 송신 전력의 양을 결정하는 스케일링 팩터를 승산함으로써 얻어질 수도 있다. 또한, 계층형 브로드캐스트 서비스 (tiered broadcast service) 는 이러한 브로드캐스트 방식을 이용하여 달성될 수도 있다. 가장 높은 송신 전력을 갖는 데이터 스트림은 가장 큰 브로드캐스트 커버리지를 갖고, 대부분의 이용자 단말기에 의해 복구될 수 있다. 역으로, 가장 낮은 송신 전력을 갖는 데이터 스트림은 가장 작은 브로드캐스트 커버리지 영역을 갖는다. 또한, SIC 기술을 이용하면, 더 낮은 전력의 데이터 스트림은 낮은 링크 마진을 갖는 이용자 단말기에 의해 복구될 수도 있다.

제 2 및 제 3 MIMO 브로드캐스트 방식은 다중-안테나 이용자 단말기 및 단일 안테나 이용자 단말기를 지원하는데 사용될 수도 있다. 단일 안테나 이용자 단말기는 가장 낮은 데이터 레이트 도는 가장 높은 송신 전력을 갖는 데이터 스트림을 복구할 수 있다. 나머지 데이터 스트림은 이 데이터 스트림에 대한 간섭으로서 작용할 것이다. 다중-안테나 이용자 단말기는 추가적인 안테나를 이용하여 더 많은 데이터 스트림을 복구할 수 있다. 다중-안테나 이용자 단말기가 전술한 SIC 기술을 이용한다면, 데이터 스트림은 그들에게 요구되는 SNR 에 의해 결 정되는 순차적인 순서로 복구될 수도 있다. 가장 낮은 데이터 레이트 또는 가장 높은 송신 전력을 갖는 데이터 스트림이 먼저 복구되고, 그 다음, 다음으로 낮은 데이터 레이트 또는 다음으로 높은 송신 전력을 갖는 데이터 스트림이 복구되는 식이다.

제 4 MIMO 브로드캐스트 방식에서, 액세스 포인트는, 이용자 단말기에 대해 무선 채널의 예상되는 용량에 기초하여 상이한 수의 데이터 스트림을 송신한다. 채널 용량은 운용 SNR 및 채널 특성 (예를 들어, 상이한 송신/수신 안테나쌍이 상관되었는지 여부) 의 함수이다. 에상 채널 용량이 낮은 경우, 액세스 포인트는 더 적은 데이터 스트림을 브로드캐스트할 수 있고, 각각의 스트림이 더 높은 SNR 을 달성할 수 있도록 이들 더 적은 스트림에 대해 이용가능한 송신 전력을 분배한다. 역으로, 예상 채널 용량이 더 높은 경우, 액세스 포인트는 더 많은 데이터 스트림을 브로드캐스트할 수 있다.

MIMO 및 MISO 브로드캐스트 양자에 있어서, 액세스 포인트는 채널 용량, 서비스 요건 등과 같은 다양한 팩터에 기초하여 각각의 데이터 스트림에 대해 데이터 레이트를 조절할 수 있다. 공간 확산을 이용하여 다른 브로드캐스트 방식이 구현될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위 이내이다.

7. 브로드캐스트 성능

각각의 데이터 심볼 스트림의 성능은 그 스트림에 대해 달성되는 다이버시티 차수 (diversity order) 에 의존한다. 바꾸어 말하면, 각각의 데이터 심볼 스트림에 대한 다이버시티 차수는 송신 안테나의 수, 수신 안테나의 수, 수신기 공간 프로세싱 기술, 및 공간 확산이 사용되었는지에 의존한다. 일반적으로, 다이버시티 차수가 증가함에 따라 성능이 개선된다.

공간 확산 없으면, 선형 수신기 공간 프로세싱 기술 (예를 들어, CCMI 또는 MMSE 기술) 이 데이터 심볼 스트림을 검출하는데 사용되는 경우에, N_S 데이터 심볼 스트림의 각각은 동일한 다이버시티 차수를 관측한다. N_ut≥N_ap 이고, 하나의 데이터 심볼 스트림이 N_D=N_S=N_ap 이도록 H _eff(m) 의 각각의 공간 채널에 대해 브로드캐스트되면, 각각의 데이터 심볼은 N_ut-N_ap+1 의 다이버시티 차수를 관측한다. N_ap=N_ut 의 대칭의 MIMO 채널에 있어서, 각각의 검출된 심볼 스트림 은 1 의 다이버시티 차수 및 그 SNR 에 대한 레일리 분포 (Rayleigh distribution) 를 갖는다. 모든 데이터 심볼 스트림은 동일한 SNR 분포를 갖는다.

공간 확산이 없으면, N_S 데이터 심볼 스트림을 검출하는데 SIC 기술이 이용되는 경우에, 각각의 데이터 심볼 스트림은 상이한 다이버시티 차수를 관측한다. 또한, N_ut≥N_ap 이고, 하나의 데이터 심볼 스트림이 H _eff(m) 의 각각의 공간 채널에 대해 브로드캐스트되면, 각각의 데이터 심볼 스트림에 대한 다이버시티 차수는 N_ut-N_ap+ℓ 이고, 여기서 ℓ 은 스트림이 검출되는 스테이지 넘버이다. 따라서, 나중에 검출되는 데이터 심볼 스트림은 더 높은 다이버시티 차수를 갖고, 더 양호한 SNR 을 갖는 경향이 있으며, 이는 더 높은 데이터 레이트가 이들 스트림에 사용될 수 있게 한다.

공간 확산을 이용하면, 스트림 내부의 각각의 코드 블록에 대한 다수의 상이한 스티어링 매트릭스의 이용으로 각각의 데이터 심볼 스트림에 대한 다이버시티 차수가 효과적으로 개선된다. 각각의 상이한 스티어링 매트릭스는 코드블록이 MIMO 채널의 상이한 "룩 (look)" 을 얻는 것을 가능하게 하고, 이는 상이한 송신 또는 수신 안테나를 갖는 것과 동등할 수도 있다. 그러면, 각각의 데이터 심볼 스트림에 대한 다이버시티 차수는 코드 블록에 대해 사용되는 상이한 스티어링 매트릭스의 수에 관련될 수도 있고, 이는 액세스 포인트 안테나의 수 및 이용자 단말기 안테나의 수보다 훨씬 더 클 수 있다. 공간 확산은 통상적으로 더 낮은 다이버시티 차수를 이용하여 데이터 심볼 스트림에 대해 더 큰 개선을 제공할 수 있다.

공간 확산은 브로드캐스트 송신에 대한 스루풋 및/또는 커버리지 영역을 개선시키는데 이용될 수 있다. (공간 확산이 없는) 종래의 MIMO 및 MISO 시스템은 통상적으로 브로드캐스트 커버리지 영역의 모든 이용자 단말기에 대해 예상되는 최악의 경우의 채널 조건에 기초하여 브로드캐스트 송신에 대한 데이터 레이트를 선택한다. 이 최악의 경우의 채널 조건은 통상적으로 전체 코드 블록에 걸쳐 페이딩/변화하지 않는 "불량 (bad)" 채널에 대응한다. 공간 확산을 이용하면, 유효 MIMO 또는 MISO 채널은 각각의 코드 블록을 가로질러 랜덤화되고, 전체 코드 블록에 대해 불량 채널을 관측하는 임의의 이용자 단말기의 라이클리후드 (likelihood) 는 실질적으로 감소된다. 그러면, 이는 더 높은 데이터 레이트가 브로드캐스트 송신에 사용되는 것을 가능하게 한다. 동등하게, 소정의 데이터 레이트에 대해, 공간 확산은 더 큰 브로드캐스트 영역을 제공할 수 있다. 일반적으로, 브로드캐스트 송신에 대해 더 높은 데이터 레이트는 더 작은 브로드캐스트 커버리지 영역에 대응한다. 또한, 더욱 엄격한 장애 요건 (outage requirement) (또는 더 낮은 장애 확률) 은 더 작은 보로드캐스트 커버리지 영역에 대응한다. 공간 확산은 종래의 MIMO 및 MISO 시스템에 대해 개선된 성능 (예를 들어, 더 높은 데이터 레이트, 더 큰 브로드캐스트 커버리지 영역, 및/또는 더 낮은 장애 확률) 을 제공할 수 있다.

도 10a 는 예시적인 MIMO 시스템에 대해 달성되는 전체 스펙트럼 효율의 축적 분포 함수 (CDF) 의 플롯을 도시한다. 이 MIMO 시스템에 있어서, 액세스 포인트에는 4 개의 안테나 (N_ap=4) 가 구비되고, 이용자 단말기는 커버리지 영역 전체에 걸쳐 랜덤하게 분포되며, 각각의 이용자 단말기에는 4 개의 안테나 (N_ut=4) 가 구비된다. 이용자 단말기에 대한 MIMO 채널은 식 (1) 에 대해 전술한 바와 같이 가정되고, 수신 안테나 당 운용 SNR 은 커버리지의 에지에 위치한 이용자 단말기에 대해 20dB 이다. 이용자 단말기는 MMSE 기술을 이용한다.

플롯 (1010) 은, 항상 단일 스티어링 매트릭스 (L=1) 를 갖는 스티어링의 송신을 수행하는 것과 동등한, 공간 확산이 브로드캐스트 송신에 대해 수행되지 않는 경우에 대한 전체 스펙트럼 효율의 CDF 를 도시한다. 스펙트럼 효율은 Hz 당 bps (bps/Hz; bits per second per Hertz) 의 단위로 주어진다. 소정의 스펙트 럼 효율 (x) 에 대해, CDF 는 x 보다 나쁜 전체 스펙트럼 효율을 달성하는 이용자 단말기의 퍼센티지를 나타낸다. 예를 들어, 포인트 (1012) 는 1 퍼센트 (10^-2) 의 이용자 단말기가 9bps/Hz 보다 더 나쁜 전체 스펙트럼 효율을 달성하는 것을 나타낸다. 액세스 포인트가 9bps/Hz 의 전체 레이트에서 데이터를 브로드캐스트하면, 1 퍼센트의 이용자 단말기는 브로드캐스트 송신을 정확하게 디코딩할 수 없을 것이다. 이 퍼센티지는 장애 확률로 불리기도 한다.

플롯 (1020, 1030 및 1040) 은 각각 스티어링 매트릭스 (4, 16 및 64) 를 이용하는 공간 확산을 이용해 달성된 전체 스펙트럼 효율의 CDF 를 도시한다. 포인트 (1022, 1032 및 1042) 는, 1 퍼센트의 장애 확률에 대해, 스티어링 매트릭스 (4, 16 및 64) 의 경우 전체 스펙트럼 효율이 각각 12.5, 14.6 및 15.8bps/Hz 인 것을 나타낸다. 1 퍼센트의 장애 확률에 대해, 공간 확산의 이용은 예시적인 MIMO 시스템에 대해 (64 스티어링 매트릭스의 경우) 전체 스펙트럼 효율을 9bps/Hz 에서 대략 15.8bps/Hz 로 개선시킨다. 라인 (1050) 은 50% 의 장애 확률에 대한 것이며, 4 가지 경우에 대한 평균적인 전체 스펙트럼 효율을 결정하기 위해 참조될 수도 있다.

도 10b 는 예시적인 MISO 시스템에 대해 달성되는 전체 스펙트럼 효율의 CDF 의 플롯을 도시한다. 이 MISO 시스템에 있어서, 액세스 포인트에는 4 개의 안테나 (N_ap=4)가 구비되고, 이용자 단말기는 커버리지 영역 전체에 걸쳐 랜덤하게 분포되며, 각각의 이용자 단말기에는 단일 안테나 (N_ut=1) 가 구비된다. 이용자 단말기에 대한 MISO 채널은 전술한 바와 같이 가정되고, 운용 SNR/Rx 는 커버리지의 에지에 위치한 이용자 단말기에 대해 10dB 이다.

플롯 (1060) 은 브로드캐스트 송신에 대해 공간 확산이 수행되지 않은 경우 (L=1) 에 대한 전체 스펙트럼 효율의 CDF 를 도시한다. 플롯 (1070, 1080 및 1090) 은 각각 스티어링 매트릭스 (4, 16 및 64) 를 이용하는 공간 확산을 이용하여 달성되는 전체 스펙트럼 효율의 CDF 를 도시한다. 포인트 (1062, 1072, 1082, 및 1092) 는, 1 퍼센트의 장애 확률에 대해, 스티어링 매트릭스 (1, 4, 16 및 64) 의 경우 전체 스펙트럼 효율이 각각 0.1, 0.8, 1.7, 및 2.2bps/Hz 인 것을 나타낸다. 또한, 실질 이득은 브로드캐스트 송신에 대한 공간 확산의 이용에 의해 달성된다.

도 10a 및 도 10b 는 어떤 특정한 가정을 갖는 예시적인 MIMO 및 MISO 시스템에 대한 성능을 도시한다. 일반적으로, 개선량은, 예를 들어, 무선 채널, 송신 및 수신 안테나의 수, 이용자 단말기에 이용된 공간 프로세싱 기술, 데이터 송신에 이용된 코딩 및 변조 방식 등과 같은 다양한 팩터에 의존적일 수도 있다.

8. 스티어링 매트릭스 및 벡터 생성

MIMO 시스템에서 공간 확산에 이용되는 스티어링 매트릭스 및 MISO 시스템에 사용되는 스티어링 벡터는 다양한 방식으로 생성될 수도 있다. 이들 스티어링 매트릭스 및 벡터를 생성하기 위한 어떤 예시적인 방식은 이하 설명된다. 스티어링 매트릭스/벡터의 세트는 액세스 포인트 및 이용자 단말기에서 미리 계산되어 저장되어, 그 후, 필요할 때 사용을 위해 복구될 수도 있다. 다르게는, 이들 스티어링 매트릭스/벡터는 필요할 때 실시간으로 계산될 수도 있다.

A. 스티어링 매트릭스 생성

스티어링 매트릭스는 유니터리 매트릭스 (unitary matrix) 이어야 하고, 다음의 조건

, i=1...L 식 (23)

을 만족하여야 한다.

식 (23) 은 V (i) 의 각각의 칼럼은 단위 에너지이고, V (i) 의 칼럼들은 서로 직교하다는 것을 나타낸다. 이 조건은 스티어링 매트릭스 V (i) 를 동시에 이용하는 NS 데이터 심볼 브로드캐스트가 동일한 전력을 가지고, 송신 전에 서로 직교하는 것을 보장한다.

일부 스티어링 매트릭스는 임의의 2 개의 상관되지 않은 스티어링 매트릭스 사이의 상관이 제로 또는 낮은 값이도록, 상관되지 않을 수도 있다. 이 조건은

, i=1...L, j=1...L, 및 i≠j 식 (24)

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서 C (ij) 는 V (i) 및 V (j) 에 대한 상관 매트릭스이고, 0 은 올 제로 (all zero) 매트릭스이다. 식 (24) 에서의 조건은 어떤 애플리케이션에 대한 성능을 개선할 수도 있으나, 대부분의 애플리케이션에 대해 필요지 않다.

L 스티어링 매트릭스 { V } 의 세트는 다양한 방식을 이용하여 생성될 수도 있다. 제 1 방식에서, L 스티어링 매트릭스는 랜덤 변수 매트릭스에 기초하여 생 성된다. 독립적이고 동일하게 분포된 (IID) 복소 가우시안 랜덤 변수이고, 각각 제로 평균 및 단위 분산을 가지는 엘리먼트를 갖는 N_S×N_ap 매트릭스 G 가 처음에 생성된다. G 의 N_ap×N_ap 상관 매트릭스는 R = G ^H· G 로서 계산되고, 고유값 분해 (eigenvalue decomposition) 를 이용하여

식 (25)

와 같이 분해되고,

여기서, E 는 R 의 고유벡터의 N_ap×N_S 유니터리 매트릭스이고;

D 는 R 의 고유값의 N_S×N_S 대각 매트릭스이다.

대각 매트릭스 D 는 R 의 고유값을 포함하고, 이는 G 의 N_S 고유모드에 대한 전력 이득을 나타낸다. 매트릭스 E 는 스티어링 매트릭스 V (i) 로서 이용되고, 세트에 추가된다. 매트릭스 E 가 고유값 분해를 통해 얻어지기 때문에 스티어링 매트릭스 V (i) 는 유니터리 매트릭스이다. 프로세스는 모든 L 스티어링 매트릭스가 생성될 때까지 반복된다.

제 2 방식에서, L 스티어링 매트릭스는 (log₂L)+1 독립 등방 분포 유니터리 매트릭스의 세트에 기초하여 생성된다. 그 확률 밀도가 임의의 결정적인 N_ap×N_ap 유니터리 매트릭스에 의한 사전 승산에 의해 변하지 않는다면, 랜덤 유니터리 매트릭스는 등방 분포된다. 세트의 스티어링 매트릭스에 대한 인덱스 i 는 i= ℓ₁ℓ₂...ℓ_Q 와 같이 표시될 수도 있고, 여기서 Q=log₂L, 이고, ℓ₁ 은 인덱스 i 의 제 1 비트이고, ℓ_Q 는 인덱스 i 의 최종 비트이며, 각각의 비트는 0 아니면 1 의 값을 취할 수 있다. 그러면, L 스티어링 매트릭스는

, ℓ₁,ℓ₂,...,ℓ_Q∈{0,1} 식 (26)

와 같이 생성될 수도 있고,

여기서, V ₀ 는 N_ap×N_S 독립 등방 분포 유니터리 매트릭스이며;

(j=1...Q) 는 N_ap×N_ap 독립 등방 분포 유니터리 매트릭스이다.

매트릭스 V ₀ 는, 예를 들어,

와 같이 정의될 수도 있고, 여기서

는 N_S×N_S 아이덴터티 매트릭스이다. 제 2 방식은 IEEE Transaction on Information Theory, Vol.48, No.4, (2002 년 4 월) T.L. Marzetta 외 저의 "구조화된 유니터리 공간-시간 오토코딩 콘스텔레이션 (Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations)" 에 의해 설명된다.

제 3 방식에서, L 스티어링 매트릭스는 초기 유니터리 스티어링 매트릭스 V (1) 을 N_ap-차원 복소 공간에서 연속적으로 회전시킴으로써

, i=1...L-1 식 (27)

와 같이 생성되고, 여기서,

는

식 (28)

와 같이 정의될 수도 있는 N_ap×N_ap 대각 유니터리 매트릭스이고,

는 N_ap 상이한 값이고, 각각은 0 내지 L-1 의 범위 내이고, 이는, 예를 들어, 매트릭스 (

) 를 이용하여 생성되는 결과적인 스티어링 매트릭스 사이의 상관이 가능한 한 낮도록 선택된다.

의 N_ap 대각 엘리먼트는 유니티 (unity) 의 L-번째 근이다. 초기 유니터리 스티어링 매트릭스 V (1) 은 N_ap×N_ap 퓨리에 매트릭스의 N_S 상이한 칼럼으로 형성될 수도 있고, 여기서 (n,m)-번째 엔트리 w_n _,m 은

, n={1...N_ap} 및 m={1...N_ap} 식 (29)

와 같이 주어지고, 여기서, n 은 로우 인덱스이고, m 은 칼럼 인덱스이다. 제 3 방식은 IEEE Transaction on Information Theory, Vol.46, No.6, (2000 년 9 월) B.M. Hochwald 외 저의 "유니터리 공간-시간 콘스텔레이션의 시스템적 설계 (Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations)" 에 의해 설명된다.

제 4 방식에서, L 스티어링 매트릭스는 베이스 매트릭스 B 및 상이한 스칼라 를 이용하여 생성된다. 베이스 매트릭스는 왈쉬 (Walsh) 매트릭스, 퓨리에 매트릭스, 또는 어떤 다른 매트릭스일 수도 있다. 2×2 왈쉬 매트릭스는

와 같이 표현될 수도 있다. 더 큰 사이즈의 왈쉬 매트릭스 W _2N×2N 은

식 (30)

와 같이 더 작은 사이즈의 왈쉬 매트릭스 W _N _× _N 으로부터 형성될 수도 있다. 왈쉬 매트릭스는 2 차의 차원을 갖는다. N_ap×N_ap 퓨리에 매트릭스 F 는 식 (29) 에 나타낸 바와 같이 정의되는 엘리먼트로 형성될 수도 있다.

N_ap×N_ap 왈쉬 매트릭스 W , 퓨리에 매트릭스 F , 또는 어떤 다른 매트릭스는 다른 스티어링 매트릭스를 형성하기 위해 베이스 매트릭스 B 로서 사용될 수도 있다. 베이스 매트릭스의 로우 2 내지 N_ap 의 각각은 M 상이한 가능한 스칼라 중의 하나로 독립적으로 승산될 수도 있고, 여기서, M>1 이다.

상이한 스티어링 매트릭스는 N_ap-1 에 대한 M 스칼라의

상이한 교환 (permutation) 으로부터 얻어질 수도 있다. 예를 들어, 로우 (2 내지 N_ap) 의 각각은 +1, -1, +j, 또는 -j 의 스칼라로 독립적으로 승산될 수도 있고, 여기서

이다. N_ap =4 및 M=4 에 대해, 64 상이한 스티어링 매트릭스가 4 개의 상이한 스칼라를 이용하여 베이스 매트릭스 B 로부터 생성될 수도 있다. 추가적인 스티어링 매트릭스가, 예를 들어, e^± ^j3 ^π/4, e^±jπ/4, e^±jπ/8 등의 다른 스칼라를 이용하여 생성될 수도 있다. 일반적으로, 베이스 매트릭스의 각각의 로우는 e^j ^θ 의 형태를 가지는 임의의 스칼라로 승산될 수도 있고, 여기서, θ 는 임의의 위상값일 수도 있다. N_ap×N_ap 스티어링 매트릭스는

와 같이 생성될 수도 있고, 여기서,

및 B (i) 는 베이스 매트릭스 B 로 생성된 i-번째 매트릭스이다.

에 의한 스케일링은 V (i) 의 각각의 칼럼이 1 차를 갖는 것을 보장한다.

L 스티어링 매트릭스의 세트를 생성하기 위해 다른 방식들이 또한 사용될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위 내이다. 일반적으로, 스티어링 매트릭스는 (예를 들어, 제 1 방식과 같은) 의사-랜덤 방식 또는 (예를 들어, 제 2, 제 3, 및 제 4 방식과 같은) 결정적인 방식으로 생성될 수도 있다.

B. 스티어링 벡터 생성

MISO 시스템의 공간 확산에 이용되는 스티어링 벡터는 단위 에너지를 가져야 하고, 이는

(i=1...L) 이고, 데이터 심볼에 사용된 송신 전력은 공간 확산에 의해 변하지 않는다. 각각의 스티어링 벡터 v (i) 의 엘리먼트는 각각의 액세스 포인트 안테나의 전체 송신 전력이 브로드캐스트에 사용될 수 있도 록 동등한 크기를 가지도록 정의될 수도 있다. 이 조건은

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서,

이다. 일부 스티어링 벡터는 상관되지 않을 수도 있고, 따라서, 임의의 2 개의 상관되지 않은 스티어링 벡터 사이의 상관은 제로이거나 낮은 값이다. 이 조건은

, i=1...L, j=1...L, 및 i≠j 식 (31)

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서 c(ij) 는 스티어링 벡터 v (i) 및 v (j) 사이의 상관이다.

L 스티어링 벡터 { v } 의 세트는 다양한 방식을 이용하여 생성될 수도 있다. 제 1 방식에서, L 스티어링 벡터는 랜덤 변수의 N_ap×N_ap 매트릭스 ( G' )에 기초하여 생성된다. 각각의 매트릭스 ( G' )의 N_ap×N_ap 상관 매트릭스는

와 같이 계산되고, 식 (25) 에 나타낸 바와 같이 분해되어 N_ap×N_ap 유니터리 매트릭스 E' 를 얻는다. E' 의 각각의 칼럼은 스티어링 벡터 v (i) 로서 사용될 수도 있다.

제 2 방식에서, L 스티어링 벡터는

, i=2...L 식 (32)

와 같이 초기 유니터리 스티어링 벡터 v (1) 을 연속적으로 회전시킴으로써 생성되고, 여기서, L≥N_ap 이다.

제 3 방식에서, L 스티어링 벡터는 이들 벡터의 엘리먼트가 동일한 크기와 상이한 위상을 가지도록 생성된다. 소정의 스티어링 벡터

에 있어서, 정규화된 스티어링 벡터 (

) 는

식 (33)

와 같이 형성될 수도 있고,

여기서, A 는 일정 (예를 들어,

) 하고;

θ_j(i) 는 v (i) 의 j-번째 엘리먼트이며, 이는

식 (34)

이다.

정규화된 스티어링 벡터 (

) 는 각각의 안테나에 대해 이용가능한 전체 송신 전력이 브로드캐스트 송신에 사용되는 것을 가능하게 한다.

전술한 바와 같이 형성된 스티어링 매트릭스는 공간 확산에 대한 스티어링 벡터로서도 또한 사용될 수도 있다. 스티어링 벡터의 세트를 생성하는데 다른 방식들도 또한 사용될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위 내이다.

여기에 설명된 브로드캐스트 송신 기술들은 다양한 수단들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이들 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수도 있다. 하드웨어 구현에 있어서, 액세스 포인트 및 이용자 단말기 에서 공간 확산을 이용하여 브로드캐스트 송신을 수행하거나 지원하는데 사용되는 프로세싱 유닛은 하나 이상의 ASIC (application specific integrated circuit), DSP (digital signal processor), DSPD (digital signal processing device), PLD (programmable logic device), FPGA (field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로-제어기, 마이크로프로세서, 여기에 설명된 기능을 수행하기 위해 설계된 다른 전자 유닛들, 또는 이들의 조합 내부에서 구현될 수도 있다.

소프트웨어 구현에 있어서, 브로드캐스트 송신 기술은 여기에 설명된 기능을 수행하는 모듈 (예를 들어, 절차, 기능 등) 을 이용하여 구현될 수도 있다. 스프트웨어 코드는 메모리 유닛 (예를 들어, 도 4 의 메모리 유닛 (442 및 482) 및 도 8 의 메모리 유닛 (842 및 882)) 에 저장될 수도 있고, 프로세서 (예를 들어, 도 4 의 제어기 (440 및 480) 및 도 8 의 제어기 (840 및 880)) 에 의해 수행될 수도 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 프로세서 외부에서 구현될 수도 있고, 이 경우, 당업계에 공지된 다양한 수단들을 통해 프로세서에 통신가능하게 결합될 수 있다.

제목은 참조를 위해, 그리고 특정 섹션을 위치시키는 것을 용이하게 하기 위해 여기에 포함된다. 이들 제목은 그 제목 하에 설명된 개념의 범위를 제한하려는 의도가 아니며, 이들 개념들은 전체 명세서를 통해 다른 섹션에도 적용가능할 수도 있다.

개시된 실시형태의 이전 설명은 당업자가 본 발명을 실시할 수 있도록 하기 위해 제공된다. 이들 실시형태의 다양한 변형들은 당업자에게 자명한 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위로부터 벗어남이 없이 다른 실시형태들에도 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타낸 실시형태에 제한되어서는 아니되고, 여기에 개시된 원리 및 창의적인 특징들과 일치하는 최광의 범위에 일치되어야 한다.

Claims

무선 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 브로드캐스트하는 방법으로서,

하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터 블록을 포로세싱하는 단계;

복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 (steering) 매트릭스를 이용하여 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계; 및

상기 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티 (entity) 로 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계를 포함하고,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 상기 복수의 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 복수의 데이터 심볼의 서브블록으로 파티션하는 단계; 및

상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각에 대해 스티어링 매트릭스를 선택하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각은 상기 서브블록에 대해 선택된 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스되는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계는,

각각의 송신 범위에 하나의 서브블록인, 복수의 송신 범위의 상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록에 대해 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계는,

각각의 심볼 주기에 하나의 서브블록인, 복수의 심볼 주기의 복수의 데이터 심볼의 서브블록에 대해 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계는,

각각의 송신 범위가 하나의 심볼 주기의 하나의 서브밴드에 대응하는, 복수의 송신 범위의 상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록에 대해 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 이상의 데이터 블록을 프로세싱하는 단계는, 각각의 데이터 블록에 대해,

코딩된 데이터 블록을 얻기 위해 코딩 방식에 따라 상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계;

인터리빙된 데이터 블록을 얻기 위해 상기 코딩된 데이터 블록을 인터리빙하는 단계; 및

상기 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 변조 방식에 따라 상기 인터리빙된 데이터 블록을 심볼 매핑하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계는,

상기 코딩된 데이터 블록을 얻기 위해 터보 코드에 따라 상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계는,

상기 코딩된 데이터 블록을 얻기 위해 컨볼루셔널 코드에 따라 상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계는,

상기 코딩된 데이터 블록을 얻기 위해 저밀도 패리티 체크 (LDPC) 코드에 따라 상기 데이터 블록을 인코딩하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 수신 엔터티에 대한 예상 채널 조건에 기초하여 상기 하나 이상의 데이터 블록의 각각에 대해 데이터 레이트를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

각각의 수신 에터티에 대한 상기 유효 채널의 복수의 공간 채널을 통한 송신을 위해, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 볼록을 복수의 시퀀스의 데이터 심볼로 디멀티플렉싱하는 단계를 추가로 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 디멀티플렉싱하는 단계는,

각각의 데이터 심볼의 블록을 하나의 시퀀스의 데이터 심볼로서 제공하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

각각의 수신 엔터티에 대한 상기 유효 채널의 단일 공간 채널을 통한 송신을 위해 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 하나의 시퀀스의 데이터 심볼로 멀티플렉싱하는 단계를 추가로 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

코딩된 심볼을 얻기 위해 송신 다이버시티를 위한 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 프로세싱하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계는, 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 코딩된 심볼에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 14 항에 있어서,

송신 다이버시티를 위한 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 프로세싱하는 상기 단계는,

2 개의 심볼 주기의 각각의 수신 엔터티에 대한 상기 유효 채널의 2 개의 공간 채널을 통해 각각의 데이터 심볼이 브로드캐스트되도록, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간-시간 송신 다이버시티 (STTD) 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 14 항에 있어서,

송신 다이버시티를 위한 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 프로세싱하는 단계는,

2 개의 서브밴드 상의 각각의 수신 엔터티에 대한 상기 유효 채널의 2 개의 공간 채널을 통해 각각의 데이터 심볼이 브로드캐스트되도록 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간-주파수 송신 다이버시티 (SFTD) 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

L 스티어링 매트릭스의 세트 중에서 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 선택하는 단계를 추가로 포함하고,

L 은 1 보다 큰 정수인, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스를 직교 칼럼을 갖는 유니터리 매트릭스로서 생성하는 단계를 추가로 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을, 복수의 주파수 서브밴드의 각각에 대해 하나의 서브블록인, 복수의 데이터 심볼의 서브블록으로 파티션하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계는, 상기 복수의 스티어링 매트릭스 중의 하나를 이용하여 데이터 심볼의 각각의 서브블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치로서,

하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터의 블록을 프로세스하는 데이터 프로세서;

복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서; 및

상기 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 복수의 송신기 유닛을 포함하고,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 복수의 데이터 심볼의 서브블록으로 파티션하고, 상기 복수의 스티어링 매트릭스 중의 하나를 이용하여 상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각에 대해 공간 프로세싱을 수행하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 코딩된 심볼을 생성하기 위해 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 송신 다이버시티 프로세싱을 수행하고, 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 코딩된 심볼에 대해 공간 프로세싱을 수행하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 복수의 직교 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록은 복수의 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 단일 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록은 단일 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각에 대해 L 스티어링 매트릭스의 세트 중에서 스티어링 매트릭스를 선택하는 제어기를 추가로 포함하고,

L 은 1 보다 큰 정수인, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는 직교 칼럼을 갖는 유니터리 매트릭스인, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 다중-안테나 통신 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM) 을 이용하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
무선 다중-안테나 통신 시스템에서의 장치로서,

하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해 하나 이상의 데이터 블록을 프로세싱하는 수단;

복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 수단; 및

상기 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 수단을 포함하고,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록을 복수의 데이터 심볼의 서브블록으로 파티션하는 수단; 및

상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각에 대해 스티어링 매트릭스를 선택하는 수단을 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 심볼의 서브블록의 각각은 상기 서브블록에 대해 선택된 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 28 항에 있어서,

코딩된 심볼을 얻기 위해 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 송신 다이버시티 프로세싱을 수행하는 수단을 추가로 포함하고,

상기 공간 프로세싱을 수행하는 수단은 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 코딩된 심볼에 대해 공 간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 복수의 칼럼을 포함하고,

상기 복수의 데이터 심볼의 블록은 복수의 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 28 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 단일 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록은 단일 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
무선 다중-안테나 통신 시스템에서 데이터를 브로드캐스트하는 방법으로서,

코딩된 데이터의 하나의 블록에 각각 대응하는 복수의 데이터 심볼의 블록을 얻기 위해, 복수의 데이터의 스트림을 프로세스하는 단계;

복수의 시퀀스의 송신 심볼을 얻기 위해 복수의 스티어링 (steering) 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계; 및

상기 시스템에서 복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 상기 복수의 시퀀스의 송신 심볼을 브로드캐스트하는 단계를 포함하고,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는, 상기 하나 이상의 데이터 심볼의 블록에 대해 상기 복수의 수신 엔터티 각각에 의해 관측된 유효 채널을 랜덤화하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼의 블록의 각각을 복수의 시퀀스의 데이터 심볼로서 제공하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 심볼의 블록에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계는, 각각의 수신 엔터티에 의해 관측된 상기 유효 채널의 각각의 공간 채널을 통해 각각의 시퀀스의 데이터 심볼을 브로드캐스트하기 위해, 각각 복수의 칼럼을 갖는 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 상기 복수의 시퀀스의 데이터 심볼에 대해 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 스트림에 대해 단일 데이터 레이트를 선택하는 단계; 및

상기 복수의 데이터 스트림의 각각에 대해 송신 전력을 할당하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 스트림은 상기 선택된 데이터 레이트에 따라 프로세스되고, 각각의 데이터 스트림은 상기 데이터 스트림에 대해 할당된 송신 전력으로 브로드캐스트되는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 스트림에 대해 2 이상의 상이한 데이터 레이트를 선택하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 스트림은 상기 2 이상의 상이한 데이터 레이트에 따라 프로세스되는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 스트림에 대해 상이한 송신 전력을 할당하는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 데이터 스트림은 상기 상이한 송신 전력으로 브로드캐스트되는, 데이터 브로드캐스트 방법.
제 33 항에 있어서,

상기 복수의 수신 엔터티에 대한 예상 채널 조건에 기초하여 프로세스 및 브로드캐스트하는 데이터 스트림의 수를 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 데이터 브로드캐스트 방법.
무선 다중-안테나 통신 시스템에서 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법으로서,

복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 단계;

상기 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성되는 유효 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나와 상기 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대해 채널 추정치를 얻는 단계; 및

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 채널 추정치를 얻는 단계는,

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록이 브로드캐스트되는 복수의 송신범위에 대해 상기 복수의 스티어링 매트릭스 중의 하나를 각각 포함하는 복수의 채널 응답 매트릭스를 유도하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 40 항에 있어서,

상기 복수의 송신 범위의 각각에 대해 L 스티어링 매트릭스의 세트 중에서 스티어링 매트릭스를 선택하는 단계를 추가로 포함하고,

L 은 1 보다 큰 정수인, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 40 항에 있어서,

상기 복수의 송신 안테나로부터 상기 복수의 수신 엔터티로의 파일롯 브로드캐스트를 위해, 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신 파일롯 심볼을 얻는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 송신 범위의 각각에 대한 상기 채널 응답 매트릭스는, 상기 송신 범위에 이용되는 상기 스티어링 매트릭스 및 상기 수신 파일롯 심볼에 기초하여 유도되는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 40 항에 있어서,

상기 복수의 송신 안테나로부터 상기 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 상기 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 파일롯에 대해, 상기 복수의 수신 안테나를 통해 수신 파일롯 심볼을 얻는 단계를 추가로 포함하고,

상기 복수의 송신 범위의 각각에 대한 상기 채널 응답 매트릭스는 상기 수신 파일롯 심볼에 기초하여 유도되는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

채널 상관 매트릭스 반전 (CCMI) 기술에 따라 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술에 따라 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

연속 간섭 제거 (SIC) 기술에 따라 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

브로드캐스트 이전에 상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 이용되는 송신 다이버시티 방식에 기초하여, 상기 데이터 심볼 추정치에 대해 검출을 수행하는 단계를 추가로 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 데이터 심볼 블록에 대해 디코딩된 데이터를 얻기 위해 상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록의 각각에 대해 데이터 심볼 추정치를 프로세싱하는 단계를 추가로 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 39 항에 있어서,

상기 채널 추정치를 얻는 단계는,

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록을 브로드캐스트하는데 이용되는 복수의 서브밴드에 대해 복수의 채널 응답 매트릭스를 유도하는 단계를 포함하고,

상기 각각의 주파수 서브밴드에 대한 채널 응답 매트릭스는 상기 주파수 서브밴드에 이용되는 스티어링 매트릭스를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 복수의 수신기 유닛;

상기 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성된 유효 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나 및 상기 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대해 채널 추정치를 얻는 채널 추정기; 및

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위 해, 상기 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 복수의 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록은 상기 유효 MIMO 채널의 복수의 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 단일 칼럼을 포함하고, 상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록은 상기 유효 MIMO 채널의 단일 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 채널 상관 매트릭스 반전 (CCMI) 기술, 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술, 또는 연속 간섭 제거 (SIC) 기술에 기초하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 50 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대한 상기 데이 터 심볼 추정치에 대해 송신 다이버시티 프로세싱을 수행하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 매트릭스를 이용하여 공간 프로세스된 하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대해, 복수의 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수단;

상기 복수의 스티어링 매트릭스에 의해 형성된 유효 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나와 상기 복수의 수신 안테나 사이의 MIMO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 수단; 및

하나 이상의 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 상기 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 55 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 복수의 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록은 상기 유효 MIMO 채널의 복수의 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 55 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 각각은 단일 칼럼을 포함하고,

상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록은 상기 유효 MIMO 채널의 단일 공간 채널을 통해 브로드캐스트되는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 55 항에 있어서,

수신기 공간 프로세싱을 수행하는 상기 수단은 채널 상관 매트릭스 반전 (CCMI) 기술, 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술, 또는 연속 간섭 제거 (SIC) 기술에 기초하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
무선 다중-안테나 통신 시스템에서 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법으로서,

복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 단계;

상기 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성되는 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나와 상기 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대해 채널 추정치를 얻는 단계; 및

상기 데이터 심볼 블록에 대해 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 검출을 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 59 항에 있어서,

상기 채널 추정치를 얻는 단계는,

상기 송신 범위에 이용되는 스티어링 벡터를 포함하는 각각의 송신 범위에 대한 복수의 채널 응답 추정치를 유도하는 단계를 포함하고,

각각의 송신 범위에 대한 상기 채널 응답 추정치는 상기 송신 범위에 이용되는 스티어링 벡터를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 59 항에 있어서,

상기 단일 수신 안테나를 통해, 상기 복수의 송신 안테나로부터 상기 복수의 수신 엔터티로의 파일롯 브로드캐스트를 위해 수신 파일롯 심볼을 얻는 단계를 추가로 포함하고,

상기 채널 추정치는 상기 복수의 스티어링 벡터 및 상기 수신 파일롯 심볼에 기초하여 얻어지는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 59 항에 있어서,

상기 복수의 송신 안테나로부터 상기 복수의 수신 엔터티로의 브로드캐스트 이전에 상기 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스되는 파일롯에 대해, 상기 단일 수신 안테나를 통해 수신 파일롯 심볼을 얻는 단계를 추가로 포함하고,

상기 채널 추정치는 상기 수신 파일롯 심볼에 기초하여 얻어지는, 브로드캐 스트 송신을 수신하는 방법.
제 59 항에 있어서,

상기 검출을 수행하는 단계는,

상기 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 상기 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 정합 필터링 (matched filtering), 이퀄라이제이션 (equalization), 또는 정합 필터링 및 이퀄라이제이션 양자 모두를 수행하는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
제 59 항에 있어서,

상기 채널 추정치를 얻는 상기 단계는,

상기 서브밴드에 이용되는 스티어링 벡터를 이용하여 복수의 주파수 서브밴드의 각각에 대한 채널 응답 추정치를 얻는 단계를 포함하는, 브로드캐스트 송신을 수신하는 방법.
복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수신기 유닛;

상기 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성된 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나와 상기 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대 한 채널 추정치를 얻는 채널 추정기; 및

상기 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 상기 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대해 검출을 수행하는 검출기를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 65 항에 있어서,

상기 채널 추정기는, 상기 데이터 심볼 블록이 브로드캐스트되는 복수의 송신 범위의 각각에 대해 채널 응답 추정치를 얻고, 각각의 송신 범위에 대한 상기 채널 응답 추정치는, 상기 송신 범위에 이용되는 스티어링 벡터를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 65 항에 있어서,

상기 채널 추정기는 수신 파일롯 심볼 및 상기 복수의 스티어링 벡터에 기초하여 상기 채널 추정치를 얻는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 65 항에 있어서,

상기 검출기는 정합 필터링, 이퀄라이제이션, 또는 정합 필터링 및 이퀄라이제이션 양자 모두를 수행하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
복수의 송신 안테나로부터 복수의 수신 엔터티로 브로드캐스트하기 이전에 복수의 스티어링 벡터를 이용하여 공간 프로세스된 데이터 심볼 블록에 대해, 단일 수신 안테나를 통해 수신 데이터 심볼을 얻는 수단;

상기 복수의 스티어링 벡터에 의해 형성된 유효 다중-입력 단일-출력 (MISO) 채널 및 상기 복수의 송신 안테나와 상기 단일 수신 안테나 사이의 MISO 채널에 대한 채널 추정치를 얻는 수단; 및

상기 데이터 심볼 블록에 대한 데이터 심볼 추정치를 얻기 위해 상기 채널 추정치를 이용하여 상기 수신 데이터 심볼에 대한 검출을 수행하는 수단을 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.
제 69 항에 있어서,

상기 채널 추정을 얻는 상기 수단은, 상기 하나 이상의 데이터 심볼 블록이 브로드캐스트되는 복수의 송신 범위의 각각에 대해 채널 응답 추정치를 얻고, 각각의 송신 범위에 대한 채널 응답 추정치는, 상기 송신 범위에 이용되는 스티어링 벡터를 포함하는, 무선 다중-안테나 통신 시스템 장치.