KR100853641B1

KR100853641B1 - Ｍｉｍｏ 통신 시스템에서 공간 확산을 통한 데이터 전송방법 및 장치

Info

Publication number: KR100853641B1
Application number: KR1020067016378A
Authority: KR
Inventors: 제이 로드니 왈톤; 존 더블유. 케첨; 마크 에스. 왈레스; 스티븐 제이. 하워드
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2008-08-25
Also published as: CA2553322C; AU2005207380B2; AU2009200283B2; HK1098890A1; SG143262A1; BRPI0506821B1; JP2007518372A; WO2005071864A8; RU2009123317A; EP1712029A2; WO2005071864A2; ES2654515T3; WO2005071864A3; AU2005207380C1; RU2006129316A; RU2369010C2; US7194042B2; BRPI0506821A; IL176768A0; TW200541257A

Abstract

공간 확산을 통한 데이터 전송에 있어서, 전송 엔티티는 (1) 대응하는 데이터 심볼 블록을 획득하기 위해 각각의 데이터 패킷을 인코딩 및 변조하고, (2) MIMO 채널의 N_S개의 전송 채널들을 통한 전송을 위해 데이터 심볼 블록들을 N_S개의 데이터 심볼 스트림들로 멀티플렉싱하고, (3) 스티어링 행렬에 의해 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 공간 확산하고, (4) N_S개의 고유 모드들을 통한 전체-CSI 전송 또는 MIMO 채널의 N_S개의 공간 채널들을 통한 부분-CSI 전송을 위해 N_S개의 확산 심볼 스트림들을 공간적으로 처리한다. 수신 엔티티는 (1) N_R개의 수신 안테나들을 통해 N_R개의 수신된 심볼 스트림들을 획득하고, (2) N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 획득하기 위해 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대한 수신기 공간 프로세싱을 수행하고, (3) N_S개의 복원된 심볼 스트림들을 획득하기 위해 전송 엔티티에 의해 사용되었던 동일한 스티어링 행렬들에 의해 N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 공간 역확산하고, (4) 각각의 복원된 심볼 스트림을 복조 및 디코딩하여 대응하는 디코딩된 데이터 패킷을 획득하게 된다.

Description

ＭＩＭＯ 통신 시스템에서 공간 확산을 통한 데이터 전송 방법 및 장치{DATA TRANSMISSION WITH SPATIAL SPREADING IN A MIMO COMMUNICATION SYSTEM}

본 출원은 여기에 참조로서 통합되고 본 출원의 양수인에 의해 양수된, 출원 번호가 60/536,307이고, 출원일이 2004년 1월 13일이고, 발명의 명칭이 "Data Transmission with Spatial Spreading in a MIMO Communication System"인 미국 가출원에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에서 데이터를 전송하기 위한 기법들에 관한 것이다.

MIMO 시스템은 데이터 전송을 위해 전송 엔티티에서 다수의(N_T) 전송 안테나들을 사용하고 수신 엔티티에서 다수의(N_R) 수신 안테나들을 사용한다. N_T개의 전송 안테나들과 N_R개의 수신 안테나들에 의해 형성된 MIMO 시스템은 N_S개의 공간 채널들로 분해될 수 있다(여기서, N_S <= min{N_T, N_R}). 보다 높은 스루풋(throughput)을 달성하고 그리고/또는 리던던트하게 더 큰 신뢰성을 달성하기 위해 N_S개의 공간 채널들이 동시에 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다.

전송 엔티티와 수신 엔티티 사이의 MIMO 채널은, 예를 들어, 페이딩, 다중 경로 및 간섭 효과들과 같은 다양한 바람직하지 못한 채널 상태들을 경험할 수 있다. 일반적으로, 수신 엔티티에서 관찰되는 간섭 및 잡음이 공간적으로 "백색(white)"이면, 즉 공간 범위에 걸쳐 평탄하거나 또는 일정한 간섭 및 잡음 전력을 가지면, MIMO 채널을 통한 데이터 전송을 위한 양호한 성능이 달성될 수 있다. 그러나 간섭이 특정한 방향들에 위치한 간섭 소스들로부터 오는 것이라면, 그렇지 않을 수도 있다. 간섭이 공간적으로 "컬러(colored)"(백색이 아님)이면, 수신 엔티티는 간섭의 공간 특징들을 확인하고 간섭 소스들의 방향으로 빔 널(beam null)들을 배치할 수 있다. 수신 엔티티는 또한 채널 상태 정보(CSI)를 전송 엔티티로 제공할 수 있다. 전송 엔티티는 그 후에 수신 엔티티에서 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 최대화하는 방식으로 데이터를 공간적으로 처리할 수 있다. 이와 같이 공간적으로 컬러링된 간섭이 존재하는 경우에는 전송 및 수신 엔티티들이 데이터 전송을 위한 적절한 전송 및 수신 공간 프로세싱을 수행할 때 양호한 성능이 달성될 수 있다.

간섭에 대한 공간 널링(nulling)을 수행하기 위해, 수신 엔티티는 전형적으로 간섭의 특성들을 확인할 필요가 있다. 간섭 특성들이 시간에 따라 변한다면, 수신 엔티티는 빔 널들을 정확하게 배치하기 위해 최근의 간섭 정보를 계속적으로 획득해야할 필요가 있을 것이다. 수신 엔티티는 또한 전송 엔티티가 적절한 공간 프로세싱을 수행할 수 있게 하기 위해 충분한 레이트로 채널 상태 정보를 계속적으로 전송해야할 필요가 있을 수 있다. 정확한 간섭 정보 및 채널 상태 정보의 필요성은 대부분의 MIMO 시스템들에 대하여 간섭의 공간 널링이 실용적이지 못하게 한다.

그러므로 공간적으로 컬러링된 간섭 및 잡음이 존재하는 환경에서 데이터를 전송하기 위한 기법들이 기술적으로 필요하다.

일 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에서 전송 엔티티로부터 수신 엔티티로 데이터를 전송하는 방법에서는, 상기 전송 엔티티와 상기 수신 엔티티 사이에서 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터가 처리된다. 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링(steering) 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 확산이 수행되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화(randomize)한다. 상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 프로세싱이 수행된다.

다른 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치가 제시되며, 상기 장치는 상기 MIMO 시스템에 있는 전송 엔티티와 수신 엔티티 사이에서 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터를 처리하는 데이터 프로세서; 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 확산을 수행하는 공간 확산기 - 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -; 및 상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치가 제시되며, 상기 장치는 상기 MIMO 시스템에 있는 전송 엔티티와 수신 엔티티 사이에서 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터를 처리하는 수단; 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 확산을 수행하는 수단 - 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -; 및 상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함한다.

또 다른 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에서 전송 엔티티로부터 수신 엔티티로 전송된 데이터 전송을 수신하는 방법이 제시되며, 여기서 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 복수의 수신된 심볼들의 스트림들이 획득되며, 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화한다. 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱이 수행된다. 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산이 수행된다.

또 다른 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치가 제시되며, 상기 장치는 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송 엔티티에서 수신 엔티티로 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위한 복수의 수신기 유닛들 - 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -; 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서; 및 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하는 공간 역확산기를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치가 제시되며, 상기 장치는 MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송 엔티티에서 수신 엔티티로 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위한 수단 - 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -; 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하기 위한 수단; 및 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하기 위한 수단을 포함한다.

도 1은 전송 엔티티, 수신 엔티티 및 두 개의 간섭 소스들을 가지는 MIMO 시스템을 나타낸다.

도 2는 공간 확산을 통해 데이터를 전송하기 위한 모델을 나타낸다.

도 3은 전송 엔티티에 의해 수행되는 프로세싱을 나타낸다.

도 4는 수신 엔티티에 의해 수행되는 프로세싱을 나타낸다.

도 5는 전송 엔티티 및 수신 엔티티의 블록 다이어그램을 나타낸다.

도 6은 전송 엔티티에 있는 전송(TX) 데이터 프로세서 및 TX 공간 프로세서를 나타낸다.

도 7은 수신 엔티티에 있는 수신(RX) 공간 프로세서 및 RX 데이터 프로세서를 나타낸다.

도 8은 연속적인 간섭 소거(SIC) 기법을 구현하는 RX 공간 프로세서 및 RX 데이터 프로세서를 나타낸다.

"예시적인(exemplary)"이라는 단어는 여기서 "예시, 실례 또는 설명으로서 제공하는"이라는 의미로 사용된다. "예시적인"으로 여기서 설명된 임의의 실시예 또는 설계는 다른 실시예들 또는 설계들보다 우선적이거나 장점을 가지는 것으로 해석되지는 않는다.

단일-캐리어 및 다중-캐리어 MIMO 시스템들에서 공간 확산을 통해 데이터를 전송하기 위한 기법들이 여기에 제시된다. 공간 확산은 스티어링 벡터를 이용하여 동시에 MIMO 채널의 (아래에서 설명되는) 다수의 고유 모드들 또는 공간 채널들을 통해 (데이터에 대한 변조 심볼인) 데이터 심볼을 전송하는 것으로 지칭된다. 공간 확산은 데이터 심볼들의 스트림에 의해 관찰된 전송 채널을 랜덤화하며, 전송된 데이터 심볼 스트림을 효과적으로 백색화하고(whiten), 아래에서 설명되는 바와 같이 다양한 장점들을 제공할 수 있다.

공간 확산을 통한 데이터 전송에 있어서, 전송 엔티티는 데이터 심볼들의 대응하는 블록들을 얻기 위해 각각의 데이터 패킷을 처리(예를 들어, 인코딩, 인터리빙 및 변조)하고 MIMO 채널에서 N_S개의 전송 채널들을 통해 전송하기 위해 데이터 심볼 블록들을 N_S개의 데이터 심볼 스트림들로 멀티플렉싱한다. 전송 엔티티는 그 후에 N_S개의 확산 심볼 스트림들을 얻기 위해 스티어링 행렬들에 의해 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 공간 확산시킨다. 전송 엔티티는 또한 아래에서 설명될 바와 같이 MIMO 채널의 N_S개의 고유 모드들을 통한 전체(full)-CSI 전송이나 MIMO 채널의 N_S개의 공간 채널들을 통한 부분(partial)-CSI 전송을 위해 N_S개의 확산 심볼 스트림들을 공간 프로세싱한다.

수신 엔티티는 N_R개의 수신 안테나들을 통해 N_R개의 수신된 심볼 스트림들을 획득하고, N_S개의 확산 심볼 스트림들에 대한 추정치들인 N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 얻기 위해 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송을 위한 수신기 공간 프로세싱을 수행한다. 수신 엔티티는 또한 전송 엔티티에 의해 사용되는 동일한 스티어링 행렬들에 의해 N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 공간 역확산시키고 N_S개의 데이터 심볼 스트림들에 대한 추정치들인 N_S개의 복원된 심볼 스트림들을 획득한다. 수신기 공간 프로세싱 및 공간 역확산은 함께 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 수신 엔티티는 그 후에 대응하는 디코딩된 데이터 패킷을 얻기 위해 N_S개의 복원된 심볼 스트림들의 복원된 심볼들의 각각의 블록을 처리(예를 들어, 복조, 디인터리빙 및 디코딩)한다.

수신 엔티티는 또한 데이터 전송에 사용되는 각각의 전송 채널의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 추정하고 자신의 SNR에 기반하여 전송 채널을 대한 적절한 레이트를 선택할 수 있다. 동일하거나 또는 상이한 레이트들이 N_S개의 전송 채널들에 대하여 선택될 수 있다. 전송 엔티티는 자신의 선택된 레이트에 기반하여 각각의 전송 채널에 대한 데이터를 인코딩하고 변조한다.

본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들이 아래에서 보다 상세하게 설명된다.

도 1은 전송 엔티티(110), 수신 엔티티(150) 및 두 개의 간섭 소스들(190a 및 190b)을 포함하는 MIMO 시스템(100)을 나타낸다. 전송 엔티티(110)는 (도 1에 도시된) 가시선(line-of-sight) 경로들 및/또는 (도 1에 도시되지 않은) 반사된 경로들을 통해 수신 엔티티(150)로 데이터를 전송한다. 간섭 소스들(190a 및 190b)은 수신 엔티티(150)에서 간섭으로서 작용하는 신호들을 전송한다. 간섭 소스들(190a 및 190b)로부터의 수신 엔티티(150)에 의해 관측되는 간섭은 공간적으로 컬러링될 수 있다.

1. 단일- 캐리어 MIMO 시스템

단일-캐리어 MIMO 시스템에 있어서, 전송 엔티티의 N_T개의 전송 안테나들과 수신 엔티티의 N_R개의 수신 안테나들에 의해 형성되는 MIMO 채널은 N_R×N_T 채널 응답 행렬 H 에 의해 특성화될 수 있으며, 상기 행렬 H 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, 엔트리 h_i _,j(i=1 . . . N_R, j=1 . . . N_T)는 전송 안테나 j와 수신 안테나 i 사이의 커플링 또는 복소 채널 이득을 표시한다.

데이터는 MIMO 채널에서 다양한 방식들로 전송될 수 있다. 전체-CSI 전송 방식에서, 데이터는 (아래에서 설명되는) MIMO 채널의 "고유 모드들"을 통해 전송된다. 부분-CSI 전송 방식에서, 데이터는 (아래에서 또한 설명되는) MIMO 채널의 공간 채널들을 통해 전송된다.

A. 전체- CSI 전송

전체-CSI 전송 방식에서, 고유값 분해는 H 의 N_S개의 고유 모드들을 획득하기 위해 H 의 상관 행렬에 의해 다음과 같이 수행될 수 있다:

R = H ^H ㆍ H = E ㆍ Λ ㆍ E ^H

여기서, R 은 H 의 N_T×N_T 상관 행렬이고, E 는 열들이 R 의 고유 벡터들인 N_T× N_T 유니터리(unitary) 행렬이고, Λ 는 R 의 고유값들의 N_T×N_T 대각 행렬이며, " ^H "는 켤레 전치를 나타낸다.

유니터리 행렬 U 는 U ^H ㆍ U = I 라는 특성을 가지고 있으며, I 는 단위 행렬이다. 유니터리 행렬의 열들은 서로에 대하여 직교한다.

전송 엔티티는 H 의 N_S개의 고유 모드들을 통해 데이터를 전송하기 위해 R 의 고유 벡터들을 이용하여 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 고유 모드들은 분해를 통해 얻어진 직교적인 공간 채널들로서 보여질 수 있다. Λ 의 대각 엔트리들은 R 의 고유값들이며, 이러한 고유값들은 N_S개의 고유 모드들에 대한 전력 이득들을 나타낸다.

전송 엔티티는 다음과 같이 전체-CSI 전송을 위해 공간 프로세싱을 수행한다:

x = E ㆍ s

여기서, s 는 N_S개의 공간 채널들을 통해 동시에 전송될 N_S개의 데이터 심볼들에 대한 N_S개의 넌-제로(non-zero) 엔트리들을 가지는 N_T×1 벡터이며, x 는 N_T개의 전송 안테나들로부터 전송될 N_T개의 전송 심볼들을 가지는 N_T×1 벡터이다.

수신 엔티티에서 수신된 심볼들은 아래와 같이 표현될 수 있다:

r = H ㆍ x + j

여기서, r 은 N_R개의 수신 안테나들을 통해 획득된 N_R개의 수신된 심볼들을 가지는 N_R×1 벡터이며, j 는 수신 엔티티에서 관측되는 간섭 및 잡음에 대한 N_R×1 벡터이다.

수신 엔티티는 전체-CSI 전송에 대하여 다음과 같이 N_T×N_R 공간 필터 행렬 M = Λ ^-1 ㆍ E ^H ㆍ H ^H 를 통해 공간 프로세싱을 수행한다:

여기서,

는 N_S개의 복원된 심볼들 또는, s 에 있는 N_S개의 데이터 심볼들의 추정치들인 데이터 심볼 추정치들을 가지는 N_T×1 벡터이며,

는 수신 엔티티에서의 공간 프로세싱 후에 "포스트-검출" 간섭 및 잡음이다.

고유 모드는 각각 수학식 3 및 5에 제시된 공간 프로세싱을 수행하는 전송 및 수신 엔티티들을 통해 s 의 엘리먼트와

의 대응하는 엘리먼트 사이에서 효과적일 채널로서 보여질 수 있다. 전송 및 수신 엔티티들은 전형적으로 채널 응답 행렬 H 의 추정치들만을 가지고 있으며, 상기 행렬 H 는 파일럿 심볼들에 기반하여 획득될 수 있다. 파일럿 심볼은 파일럿에 대한 변조 심볼이며, 전송 엔티티 및 수신 엔티티 모두에 의해 선험적으로 알려져 있는 데이터이다. 단순화를 위해, 아래의 설명에서는 채널 추정 에러가 존재하지 않는다고 가정한다.

벡터 j 는 다음과 같이 간섭 벡터 i 와 잡음 벡터 n 으로 분해될 수 있다:

j = i + n

잡음은 N_R×N_R 자기공분산 행렬

에 의해 특성화될 수 있으며, E[x]는 x의 기대값이다. 잡음이 평균이 0이고 분산이

인 부가적인 백색 가우시안 잡음(AWGN)이면, 잡음 자기공분산 행렬은

로 표현될 수 있다. 유사하게, 간섭은 N_R×N_R 자기공분산 행렬

에 의해 특성화될 수 있다. j 의 자기공분산 행렬은

로서 표현될 수 있으며, 간섭과 잡음이 상관되지 않는다고 가정한다.

간섭 및 잡음은 자신들의 자기공분산 행렬들이 상관되지 않는 잡음 및 간섭으로 인하여 σ²ㆍ I 의 형태로 있는 경우에 공간적으로 백색으로 간주된다. 공간적으로 백색 잡음 및 간섭에 대하여, 각각의 수신 안테나는 동일한 양의 간섭 및 잡음을 관측하며, 각각의 수신 안테나에서 관측된 간섭 및 잡음은 모든 다른 수신 안테나들에서 관측된 간섭 및 잡음과 상관되지 않는다. 공간적으로 컬러 잡음 및 간섭에 대하여, 자기공분산 행렬들은 상이한 수신 안테나들에서 관측된 간섭 및 잡음 간의 상관으로 인하여 넌-제로 오프-대각 성분들을 가진다. 이러한 경우에, 각각의 수신 안테나 i는 상이한 양의 간섭 및 잡음을 관측할 수 있으며, 이러한 양은 행렬

의 i-번째 행에 있는 N_R개의 엘리먼트들의 합과 같다.

간섭 및 잡음이 공간적으로 컬러이면, 전체-CSI 전송을 위한 최적 고유 벡터들은 다음과 같이 획득될 수 있다:

고유 벡터들 E _opt는 수신 엔티티의 방향으로 데이터 전송을 스티어링하고 간섭 방향으로 빔 널들을 배치한다. 그러나 전송 엔티티는 고유 벡터들 E _opt를 얻기 위해 자기공분산 행렬

를 제공받을 필요가 있을 것이다. 행렬

는 수신 엔티티에서 관측된 간섭 및 잡음에 기반하며 오직 수신 엔티티에 의해 결정될 수 있다. 공간적으로 간섭을 널링하기 위해, 수신 엔티티는 이러한 행렬 또는 동등물을 전송 엔티티로 다시 전송할 필요가 있으며, 이러한 행렬은 다시 전송할 많은 양의 채널 상태 정보를 나타낼 수 있다.

공간 확산은 수신 엔티티에 의해 관측된 간섭 및 잡음을 공간적으로 백색화하기 위해 이용될 수 있으며 잠재적으로 성능을 향상시킬 수 있다. 전송 엔티티는 스티어링 행렬들의 앙상블(ensemble)을 통해 공간 확산을 수행하며, 그 결과 수신 엔티티에서의 상보적인 공간 역확산이 공간적으로 간섭 및 잡음을 백색화한다.

공간 확산을 통한 전체-CSI 전송을 위해, 전송 엔티티는 다음과 같은 프로세싱을 수행한다:

여기서, s (m)은 전송 스팬 m에 대한 데이터 심볼 벡터이고; V( m)은 전송 스팬 m에 대한 N_T×N_T 스티어링 행렬이고; E (m)은 전송 스팬 m에 대한 고유 벡터들의 행렬이고; x _fcsi(m)은 전송 스팬 m에 대한 전송 심볼 벡터이다.

전송 스팬은 시간 및/또는 주파수 차원을 커버할 수 있다. 예를 들어, 단일-캐리어 MIMO 시스템에서, 전송 스팬은 하나의 심볼 주기에 대응할 수 있고, 심볼 주기는 하나의 데이터 심볼을 전송하기 위한 시간 간격이다. 전송 스팬은 또한 다수의 심볼 주기들을 커버할 수 있다. 수학식 8에 제시된 바와 같이, s (m)에 있는 각각의 데이터 심볼은 N_T개의 확산 심볼들을 얻기 위해 V( m)의 각각의 열을 통해 공간 확산되며, 그 후에 H (m)의 모든 고유 모드들을 통해 전송될 수 있다.

수신 엔티티는 공간 필터 행렬 M _fcsi(m)을 다음과 같이 획득한다:

수신 엔티티는 다음과 같이 M _fcsi(m)와 V ^H(m)을 이용하여 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산을 각각 수행한다:

여기서, j _fcsi(m)은 수신 엔티티에서 공간 프로세싱 및 공간 역확산을 수행한 후에 "포스트-검출" 간섭 및 잡음이며, 다음과 같이 표현된다:

수학식 12에서 제시된 바와 같이, j (m)의 수신된 간섭 및 잡음은 V (m), E (m) 및 H (m)의 켤레 전치들에 의해 변환된다. 종종 고려되는 경우로서, 자기공분산 행렬

이 알려지지 않은 경우, E (m)은 공간 컬러 간섭 및 잡음에 대하여 최적으로 계산되지 않을 수 있는 고유 벡터들의 행렬이다. 랜덤한 경우에 의해, 전송 및 수신 엔티티들은 보다 많은 간섭 및 잡음이 수신 엔티티에 의해 관측되도록 야기하는 행렬 E (m)을 이용하여 동작할 수 있다. 이것은, 예를 들어, E (m)의 모드가 간섭과 상관되어 있는 경우일 수 있다. MIMO 시스템이 정적이면, 전송 및 수신 엔티티들은 열악한 성능을 제공하는 행렬 E (m)을 이용하여 계속해서 동작할 수 있다. 스티어링 행렬 V (m)을 통한 공간 역확산은 간섭 및 잡음을 공간적으로 백색화한다. 간섭 및 잡음 백색화의 효율성은 채널 응답 행렬 H (m)과 간섭 j (m)의 특성들에 좌우된다. 원하는 신호와 간섭 사이에서 높은 정도의 상관이 존재한다면, 이것은 간섭 및 잡음의 백색화에 의해 제공되는 이득을 양을 제한한다.

전체-CSI 전송을 통한 각각의 고유 모드의 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 전송 스팬 m에서 고유 모드

을 통해 전송되는 전송 심볼을 위해 사용되는 전송 전력이고;

은 Λ (m)의

번째 대각 엘리먼트인 전송 스팬 m에서의 고유 모드

에 대한 고유값이고;

는 수신된 간섭 및 잡음의 분산이고;

은 전송 스팬 m에서 고유 모드

의 SNR이다.

B. 부분- CSI 전송

공간 확산을 통한 부분-CSI 전송에 있어서, 전송 엔티티는 다음과 같이 프로세싱을 수행한다:

여기서, x _pcsi(m)은 전송 스팬 m에 대한 전송 데이터 벡터이다. 수학식 14에서 제시된 바와 같이, s (m)에 있는 각각의 데이터 심볼은 N_T개의 확산 심볼들을 얻기 위해 V (m)의 각각의 열을 통해 공간 확산되며, 그 후에 모든 N_T개의 전송 안테나들로부터 전송될 수 있다.

여기서,

은 전송 스팬 m에 대한 수신된 심볼 벡터이고;

는 효과적인 채널 응답 행렬이며, 다음과 같이 표현된다:

수신 엔티티는 다양한 수신기 프로세싱 기법들을 이용하여 s 에 있는 전송된 데이터 심볼들의 추정치들을 획득할 수 있다. 이러한 기법들은 채널 상관 행렬 반전(CCMI) 기법(또한, 제로-포싱(zero-forcing) 기법으로도 지칭됨), 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 기법, 연속적인 간섭 소거(SIC) 기법 등을 포함한다. 수신 엔티티는 아래에서 설명되는 바와 같이 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산을 동시에 또는 개별적으로 수행할 수 있다. 다음의 설명에서, 하나의 데이터 심볼 스트림은 데이터 심볼 벡터 s 의 각각의 엘리먼트에 대하여 전송된다.

CCMI 기법에서, 수신 엔티티는 다음과 같이 공간 필터 행렬

을 획득할 수 있다:

수신 엔티티는 그 후에 CCMI 공간 프로세싱과 역확산을 다음과 같이 동시에 수행할 수 있다:

여기서,

은 CCMI 필터링되고 역확산된 간섭 및 잡음이며, 다음과 같이 표현된다:

수학식 19에서 제시된 바와 같이, 간섭 및 잡음 j (m)은 V ^H(m)에 의해 백색화된다. 그러나 R(m)의 구조에 기인하여, CCMI 기법은 간섭 및 잡음을 증폭할 수 있다.

수신 엔티티는 다음과 같이 또한 CCMI 공간 프로세싱과 공간 역확산을 개별적으로 수행할 수 있다:

여기서,

이다. 어떤 경우에서도, 공간 채널은 단위 행렬 I 를 이용하여 공간 프로세싱을 수행하는 전송 엔티티와 s 를 추정하기 위해 적절한 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 수신 엔티티를 통해 s 의 엘리먼트와

의 대응하는 엘리먼트 사이에서 효과적인 채널로서 보여질 수 있다.

CCMI 기법의 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 전송 스팬 m에서 데이터 심볼 스트림

에 대하여 사용되는 전력이고;

은

의

번째 대각 엘리먼트이고;

는 수신된 간섭 및 잡음의 분산이고;

은 전송 스팬 m에서 데이터 심볼 스트림

의 SNR이다.

은 수신기 공간 프로세싱에 앞서 수신 엔티티에서의 데이터 심볼 스트림

의 SNR이며, 보통 수신된 SNR으로서 지칭된다.

은 수신기 공간 프로세싱 이후에 데이터 심볼 스트림

의 SNR이며, 또한 포스트-검출 SNR으로서 지칭된다. 다음의 설명에서, "SNR"은 다르게 표시하지 않는 한 포스트-검출 SNR을 지칭한다.

MMSE 기법에서, 수신 엔티티는 다음과 같이 공간 필터 행렬

를 획득할 수 있다:

공간 필터 행렬

은 공간 필터로부터의 심볼 추정치들과 데이터 심볼들 사이의 평균 제곱 에러를 최소화한다. 종종 고려되는 경우로서, 자기공분산 행렬

이 알려지지 않은 경우, 공간 필터 행렬

은 다음과 같이 근사화될 수 있다:

수신 엔티티는 다음과 같이 MMSE 공간 프로세싱과 역확산을 동시에 수행할 수 있다:

여기서,

이고;

은 대각 엘리먼트들이

의 대각 엘리먼트들인 대각 행렬이거나 또는

이고;

은 MMSE 필터링되고 역확산된 간섭 및 잡음이며, 다음과 같이 표현된다:

공간 필터 행렬

로부터의 심볼 추정치들은 데이터 심볼들의 정규화되지 않은 추정치들이다.

와의 곱셈은 데이터 심볼들의 정규화된 추정치들을 제공한다. 수신 엔티티는 또한 위에서 CCMI 기법들에 대하여 설명된 것과 유사하게 MMSE 공간 프로세싱과 공간 역확산을 개별적으로 수행할 수 있다.

MMSE 기법에 대한 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 Q (m)의

번째 대각 엘리먼트이며;

은 전송 스팬 m에서 데이터 심볼 스트림

의 SNR이다.

SIC 기법에서, 수신 엔티티는 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 복원하기 위해 N_S개의 연속적인 스테이지들에서 N_R개의 수신된 심볼 스트림들을 처리한다. 각각의 스테이지

에서, 수신 엔티티는 하나의 복원된 심볼 스트림

을 얻기 위해 N_R개의 수신된 심볼 스트림들 또는 (예를 들어, CCMI, MMSE 또는 몇몇 다른 기법들을 이용하는) 이전 스테이지들로부터의 N_R개의 수정된 심볼 스트림들에 대하여 공간 프로세싱 및 역확산을 수행한다. 수신 엔티티는 그 후에 대응하는 디코딩된 데이터 스트림

을 얻기 위해 상기 복원된 심볼 스트림을 처리(예를 들어, 복조, 디인터리빙 및 디코딩)한다. 수신 엔티티는 다음에 이러한 스트림이 아직 복원되지 않은 다른 데이터 심볼 스트림들에 대하여 야기하는 간섭을 추정한다. 간섭을 추정하기 위해, 수신 엔티티는 상기 스트림에 대하여 전송 엔티티에서 수행된 것과 동일한 방식으로 디코딩된 데이터 스트림을 재-인코딩하고, 인터리빙하고 심볼 매핑하며, 이제 막 복원된 데이터 심볼 스트림에 대한 추정치인 "재변조된" 심볼들

의 스트림을 획득한다. 수신 엔티티는 그 후에 스티어링 행렬 V (m)을 통해 재변조된 심볼 스트림을 공간 확산하고, 상기 스트림에 의해 야기되는 N_R개의 간섭 성분들을 얻기 위해 관심 있는 각각의 전송 스팬에 대하여 결과치를 채널 응답 행렬 H (m)과 곱한다. 그 후에 다음 스테이지에 대한 N_R개의 수정된 심볼 스트림들을 얻기 위해 현재 스테이지에 대한 N_R개의 수정된 또는 수신된 심볼 스트림들로부터 N_R개의 간섭 성분들을 감산한다. 수신 엔티티는 그 후에 다른 데이터 스트림을 복원하기 위해 N_R개의 수정된 심볼 스트림들에 대하여 동일한 프로세싱을 반복한다.

이러한 SIC 기법에서, 각각의 데이터 심볼 스트림의 SNR은 (1) 각 스테이지에 대하여 사용된 공간 프로세싱 기법(예를 들어, CCMI 또는 MMSE), (2) 데이터 심볼 스트림이 복원되는 특정한 스테이지, (3) 아직 복원되지 않은 데이터 심볼 스트림들로 인한 간섭의 양에 좌우된다. 일반적으로, 이전 스테이지들에서 복원된 데이터 심볼 스트림들로부터의 간섭은 소거되기 때문에 SNR은 점진적으로 이후 스테이지들에서 복원된 데이터 심볼 스트림들에 대하여 향상된다. 이것은 그 후에 이후 스테이지들에서 복원된 데이터 심볼 스트림들에 대하여 더 높은 레이트들이 사용될 수 있도록 한다.

C. 시스템 모델

도 2는 공간 확산을 통해 데이터를 전송하기 위한 모델을 도시한다. 전송 엔티티(110)는 공간 확산(블록 220)과 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대한 공간 프로세싱(블록 230)을 수행한다. 수신 엔티티(150)는 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대한 수신기 공간 프로세싱(블록 260)과 공간 역확산(블록 270)을 수행한다. 아래의 설명은 도 2에 도시된 벡터들을 참조한다.

도 3은 MIMO 시스템에서 공간 확산을 통해 데이터를 전송하기 위해 전송 엔티티에 의해 수행되는 프로세스(300)를 나타낸다. 전송 엔티티는 코딩된 데이터의 대응하는 블록을 얻기 위해 각각의 데이터 패킷을 처리(예를 들어, 인코딩 및 인터리빙)하며(블록 312), 여기서 코딩된 데이터는 코드 블록 또는 코딩된 데이터 패킷으로도 지칭된다. 각각의 코드 블록은 전송 엔티티에서 개별적으로 인코딩되고 수신 엔티티에서 개별적으로 디코딩된다. 전송 엔티티는 또한 데이터 심볼들의 대응하는 블록을 얻기 위해 각각의 코드 블록을 심볼 매핑한다(또한 블록 312). 전송 엔티티는 모든 데이터 패킷들에 대하여 생성된 모든 데이터 심볼 블록들을 (벡터 s 에 의해 표시된) N_S개의 데이터 심볼 스트림들로 멀티플렉싱한다(블록 314). 각각의 데이터 심볼은 각각의 전송 채널을 통해 전송된다. 전송 엔티티는 스티어링 행렬들에 의해 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 공간 확산하여 (도 2에서 벡터 w 에 의해 표시된) N_S개의 확산 심볼 스트림들을 획득한다(블록 316). 공간 확산은 각각의 데이터 심볼 블록이 블록에 의해 관측되는 전송 채널을 랜덤화하기 위해 다수의(N_M) 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되는 방식으로 이루어진다. 전송 채널의 랜덤화는 상이한 스티어링 행렬들을 사용함으로써 발생하며 스티어링 행렬들의 엘리먼트들에서의 랜덤화가 반드시 필요한 것은 아니다. 전송 엔티티는 또한 위에서 설명된 바와 같이 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대한 N_S개의 확산 심볼 스트림들에 대하여 공간 프로세싱을 수행하여, (벡터 x 에 의해 표시된) N_T개의 전송 심볼 스트림들을 획득한다(블록 318). 전송 엔티티는 그 후에 N_T개의 전송 심볼 스트림들을 결정하여 N_T개의 전송 안테나들을 통해 수신 엔티티로 전송한다(블록 320).

도 4는 MIMO 시스템에서 공간 확산을 통해 전송된 데이터를 수신하기 위해 수신 엔티티에 의해 수행되는 프로세스(400)를 나타낸다. 수신 엔티티는 N_R개의 수신 안테나들을 통해 (벡터 r 로 표시된) N_R개의 수신된 심볼 스트림들을 획득한다(블록 412). 수신 엔티티는 MIMO 채널의 응답을 추정하고(블록 414), MIMO 채널 추정치에 기반하여 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대하여 공간 프로세싱을 수행하고, (도 2에서 벡터

로 표시된) N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 획득한다(블록 416). 수신 엔티티는 또한 전송 엔티티에 의해 사용된 동일한 스티어링 행렬들에 의해 N_S개의 검출된 심볼 스트림들을 공간 역확산하고 (벡터

에 의해 표시된) N_S개의 복원된 심볼 스트림들을 획득한다(블록 418). 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산은 위에서 설명된 바와 같이 동시에 또는 개별적으로 수행될 수 있다. 수신 엔티티는 그 후에 대응하는 디코딩된 심볼 스트림들을 얻기 위해 N_S개의 복원된 심볼 스트림들의 복원된 심볼들의 각각의 블록을 처리(예를 들어, 복조, 디인터리빙 및 디코딩)한다(블록 420). 수신 엔티티는 또한 데이터 전송에 사용되는 각각의 전송 채널의 SNR을 추정하고 자신의 SNR에 기반하여 전송 채널에 대한 적절한 레이트를 선택한다(블록 422). 동일하거나 또는 상이한 레이트들이 N_S개의 전송 채널들에 대하여 선택될 수 있다.

도 2를 다시 언급하면, N_S개의 데이터 심볼 스트림들은 MIMO 채널의 N_S개의 전송 채널들을 통해 전송된다. 각각의 전송 채널은 전송 엔티티에서의 벡터 s 의 엘리먼트와 수신 엔티티에서의 벡터

의 대응하는 엘리먼트 사이에서 데이터 심볼 스트림에 의해 관측되는 유효 채널이다(예를 들어,

번째 전송 채널은 s 의

번째 엘리먼트와

의

번째 엘리먼트 사이의 유효 채널이다). 공간 확산은 N_S개의 전송 채널들을 랜덤화한다. N_S개의 확산 심볼 스트림들은 전체-CSI 전송을 위해 MIMO 채널의 N_S개의 고유 모드들을 통해서 또는 부분-CSI 전송을 위해 MIMO 채널의 N_S개의 공간 채널들을 통해서 전송된다.

D. 공간 확산

공간 확산을 위해 사용되는 스티어링 행렬들은 아래에서 설명되는 바와 같이 다양한 방식들로 생성될 수 있다. 일 실시예에서, L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트가 생성되고 { V } 또는 V (i)(여기서, i=1 . . . L, L은 1보다 큰 임의의 정수일 수 있음)로 표시된다. 이러한 스티어링 행렬들은 직교 열들을 가지는 유니터리 행렬들이다. 이러한 세트로부터의 스티어링 행렬들이 공간 확산을 위해 선택되어 사용된다.

공간 확산은 다양한 방식들로 수행될 수 있다. 일반적으로 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 가능한 한 많은 상이한 스티어링 행렬들을 사용하는 것이 바람직하며, 그 결과 블록에 대해 간섭 및 잡음이 랜덤화된다. 각각의 데이터 심볼 블록은 N_M 개(N_M > 1)의 전송 스팬들에서 전송되며, N_M은 또한 블록 길이로 지칭될 수 있다. 세트에 있는 하나의 스티어링 행렬은 각각의 전송 스팬을 위해 사용될 수 있다. 전송 및 수신 엔티티들은 양쪽 엔티티들 모두가 각각의 전송 스팬에 대하여 어떤 스티어링 행렬을 사용할 것인지를 알 수 있도록 동기화될 수 있다. 공간 확산을 통해, 수신 엔티티는 MIMO 채널이 전체 블록에 대하여 일정하더라도 각각의 데이터 심볼 블록을 통해 간섭 및 잡음의 분포를 관측한다. 전송 및 수신 엔티티들은 연속적으로 고유 벡터들의 열악한 행렬을 사용하거나 또는 수신 엔티티는 연속적으로 컬러 간섭을 관측하기 때문에, 이것은 높은 레벨의 간섭 및 잡음이 수신되는 경우를 피하도록 한다.

세트에 있는 L개의 스티어링 행렬들은 다양한 방식들에서 사용을 위해 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 스티어링 행렬들은 결정론적인 방식으로 세트로부터 선택된다. 예를 들어, L개의 스티어링 행렬들은 제 1 스티어링 행렬 V (1)에서 시작하여, 제 2 스티어링 행렬 V (2), 그 다음 행렬의 순서로 마지막 스티어링 행렬 V( L)로 진행하는 순차적인 순서로 순환되고 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 스티어링 행렬들은 의사-랜덤 방식으로 세트로부터 선택된다. 예를 들어, 각각의 전송 스팬 m에 대하여 사용하기 위한 스티어링 행렬은 의사-랜덤하게 L개의 스티어링 행렬들 중 하나를 선택하는 함수 f(m) 또는 스티어링 행렬 V (f(m))에 기반하여 선택될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 스티어링 행렬들은 "순열(permutated)" 방식으로 세트로부터 선택된다. 예를 들어, L개의 스티어링 행렬들은 순차적인 순서로 사용을 위해 순환되고 선택될 수 있다. 그러나, 각각의 사이클을 위한 시작 스티어링 행렬은 항상 제 1 스티어링 행렬 V (1)이 되는 것이 아니라, 의사-랜덤 방식으로 선택될 수 있다. L개의 스티어링 행렬들은 또한 다른 방식들로 선택될 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위 내에 있는 것이다.

스티어링 행렬 선택은 또한 세트에 있는 스티어링 행렬들의 수(L)와 블록 길이(N_M)에 좌우될 수 있다. 일반적으로, 스티어링 행렬들의 수는 블록 길이보다 크거나, 같거나 또는 더 작을 수 있다. 이러한 세 가지 경우들에 대한 스티어링 행렬 선택은 아래에서 설명되는 바와 같이 수행될 수 있다.

L = N_M이면, 스티어링 행렬들의 수는 블록 길이와 매칭된다. 이러한 경우에, 상이한 스티어링 행렬이 각각의 데이터 심볼 블록을 전송하기 위해 사용되는 N_M개의 전송 스팬들 각각에 대하여 선택될 수 있다. N_M개의 전송 스팬들에 대한 N_M개의 스티어링 행렬들은 위에서 설명된 바와 같이 결정론적으로, 의사-랜덤하게 또는 순열 방식으로 선택될 수 있다.

L < N_M이면, 블록 길이는 세트에 있는 스티어링 행렬들의 수보다 길다. 이러한 경우에, 스티어링 행렬들은 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 재사용될 수 있으며, 위에서 설명된 바와 같이 선택될 수 있다.

L > N_M 이면, 스티어링 행렬들의 서브세트가 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 사용된다. 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 사용할 특정한 서브세트의 선택은 결정론적이거나 또는 의사-랜덤할 수 있다. 예를 들어, 현재의 데이터 심볼 블록에 대하여 사용할 제 1 스티어링 행렬은 이전 데이터 심볼 블록에 대하여 사용된 마지막 행렬 뒤에 있는 스티어링 행렬일 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 전송 스팬은 하나 이상의 심볼 주기들 및/또는 하나 이상의 부대역들을 커버할 수 있다. 향상된 성능을 위해, 전송 스팬은 가능한 한 작게 선택하는 것이 바람직하며, 그 결과 (1) 보다 많은 스티어링 행렬들이 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 사용될 수 있고, (2) 각각의 수신 엔티티는 각각의 데이터 심볼 블록에 대하여 가능한 한 MIMO 채널의 많은 "룩(look)들"을 획득할 수 있다. 전송 스팬은 또한 MIMO 채널의 코히어런스 시간보다 짧아야 하며, 코히어런스 시간은 MIMO 채널이 거의 정적이라고 간주될 수 있는 시간 간격이다. 유사하게, 전송 스팬은 광대역 시스템(예를 들어, OFDM 시스템)에 대하여 MIMO 채널의 코히어런스 대역폭보다 작아야 한다.

E. 공간 확산을 위한 애플리케이션들

공간 확산은 위에서 설명된 바와 같이 전체-CSI 전송과 부분-CSI 전송 모두에 대하여 공간 컬러 간섭 및 잡음을 랜덤화하고 백색화하기 위해 사용될 수 있다. 이것은 특정한 채널 상태들에 대하여 성능을 향상시킨다.

공간 확산은 또한 특정한 동작 시나리오들에서 중지 가능성을 줄이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 코드 블록에 대한 데이터 심볼들의 블록은 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들로 분할될 수 있다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 서브블록에 대하여 예측된 SNR에 기반하여 코딩되고 변조될 수 있다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 데이터 심볼 벡터 s 의 하나의 엘리먼트로서 전송될 수 있으며, N_T개의 데이터 심볼 서브블록들은 병렬로 전송될 수 있다. 중지는 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들 중 임의의 하나가 수신 엔티티에 의해 에러 없이 디코딩될 수 없는 경우에 발생할 수 있다.

공간 확산이 없는 부분-CSI 전송이 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들에 대하여 사용되면, 각각의 서브블록은 각각의 전송 안테나로부터 전송된다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 그 후에 자신의 전송 안테나에 대응하는 공간 채널에 대하여 달성된 SNR을 관측할 것이다. 수신 엔티티는 각각의 공간 채널의 SNR을 추정하고, 자신의 SNR에 기반하여 각각의 공간 채널에 대한 적절한 레이트를 선택하고, 모든 N_T개의 공간 채널들에 대한 레이트들을 전송 엔티티로 제공할 수 있다. 전송 엔티티는 그 후에 자신의 선택된 레이트들에 기반하여 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들을 인코딩하고 변조할 수 있다.

MIMO 채널은 레이트들이 선택되는 시간 n과 레이트들이 실제로 사용되는 시간 n+τ 사이에서 변할 수 있다. 예를 들어, 수신 엔티티가 새로운 위치로 이동하는 경우나 MIMO 채널이 피드백 레이트보다 빨리 변화하는 경우 등이 이러한 경우들에 해당할 수 있다. 시간 n+τ에서 새로운 채널 응답 행렬 H ₁은 이전 채널 응답 행렬 H ₀과 동일한 용량을 가질 수 있으며, 여기서 행렬 H ₀은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

은 시간 n에서 공간 채널 i의 SNR이며

은 시간 n에서 공간 채널 i의 용량이다. H ₀ 및 H ₁의 용량들이 동일하더라도, 개별적인 공간 채널들의 용량들은 시간 n과 시간 n+τ 사이에서 변할 수 있으며, 그 결과

은

와 동일하지 않을 수 있다.

공간 확산 없이, 임의의 공간 채널 i에 대하여

이면 중지 확률은 증가하게 된다. 이는 낮은 SNR을 가지는 공간 채널을 통해 전송된 데이터 심볼 서브블록은 에러 없이 디코딩되지 않을 가능성이 크며, 에러를 가지고 디코딩된 임의의 데이터 심볼 서브블록은 위의 가정하에서 전체 데이터 심볼 블록을 손상시 키기 때문이다.

공간 확산을 통한 부분-CSI 전송이 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들에 대하여 사용되면, 각각의 서브블록은 공간 확산되고 모든 N_T개의 전송 안테나들로부터 전송된다. 각각의 데이터 심볼 서브블록은 그 후에 MIMO 채널의 N_T개의 공간 채널들의 결합에 의해 형성된 전송 채널을 통해 전송될 것이며, 이러한 공간 채널들에 대한 SNR들의 결합인 유효 SNR을 관측할 것이다. 각각의 데이터 심볼 서브블록에 대한 전송 채널은 공간 확산을 위해 사용되는 스티어링 행렬들에 의해 결정된다. 충분한 수의 스티어링 행렬들이 N_T개의 데이터 심볼 서브블록들을 공간 확산시키기 위해 사용되면, 강력한 에러 정정 코드가 사용될 때 각각의 데이터 심볼 서브블록에 의해 관측된 유효 SNR은 모든 공간 채널들에 대한 평균 SNR과 거의 동일하게 될 것이다. 공간 확산을 통해, 중지 확률은 개별적인 공간 채널들의 SNR들 대신에 공간 채널들의 평균 SNR에 좌우될 수 있다. 그리하여, 시간 n+τ에서의 평균 SNR이 시간 n에서의 평균 SNR과 거의 동일하면, 개별적인 공간 채널들의 SNR들이 시간 n과 n+τ 사이에서 변화할 수 있더라도 중지 확률은 거의 동일하게 될 수 있다.

공간 확산은 그리하여 부정확한 부분 CSI가 전송 엔티티 및/또는 수신 엔티티에서 이용가능한 경우에 성능을 향상시킬 수 있다. 부정확한 부분 CSI는 이동성, 부적절한 피드백 레이트 등으로부터 야기될 수 있다.

2. 다중- 캐리어 MIMO 시스템

공간 확산은 또한 다중-캐리어 MIMO 시스템에 대하여 사용될 수 있다. 다중 캐리어들은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 또는 몇몇 다른 구성들에 의해 제공될 수 있다. OFDM은 효과적으로 전체 시스템 대역폭을 다수의(N_F) 직교 주파수 부대역들로 분할하며, 이러한 직교 주파수 부대역들은 또한 톤들, 서브캐리어들, 빈들 및 주파수 채널들로 지칭된다. OFDM을 통해, 각각의 부대역은 데이터와 함께 변조될 수 있는 개별적인 서브캐리어와 연관된다. OFDM-기반 시스템에서, 공간 확산은 데이터 전송에 사용되는 각각의 부대역들을 통해 수행될 수 있다.

OFDM을 이용하는 MIMO 시스템(즉, MIMO-OFDM 시스템)에서, 하나의 데이터 심볼 벡터 s (k,n)은 각각의 OFDM 심볼 주기 n에서 각각의 부대역 k에 대하여 형성될 수 있다. 벡터 s (k,n)은 OFDM 심볼 주기 n에서 부대역 k의 N_S개의 고유 모드들 또는 공간 채널들을 통해 전송될 N_S 개까지의 데이터 심볼들을 포함한다. N_F 개까지의 벡터들 s (k,n)(k=1 . . . N_F)은 하나의 OFDM 심볼 주기에서 N_F개의 부대역들을 통해 동시에 전송될 수 있다. MIMO-OFDM 시스템에서, 전송 스팬은 시간 및 주파수 차원 모두를 커버할 수 있다. 전송 스팬에 대한 인덱스 m은 그리하여 부대역 k과 OFDM 심볼 주기 n에 대한 k,n으로 대체될 수 있다. 전송 스팬은 하나의 OFDM 심볼 주기 또는 다수의 OFDM 심볼 주기들 및/또는 다수의 부대역들에서 하나의 부대역을 커버할 수 있다.

전체-CSI 전송 방식에서, 각각의 부대역 k에 대한 채널 응답 행렬 H (k)는 상기 부대역의 N_S개의 고유 모드들을 얻도록 분해될 수 있다. 각각의 대각 행렬 Λ (k)(k=1 . . . N_F)에 있는 고유값들은 제 1 열이 가장 큰 고유값을 포함하고, 제 2 열이 다음 가장 큰 고유값을 포함하는 방식으로 정렬되거나 또는

일 수 있으며, 여기서

는 정렬 후에 Λ (k)의

번째 열에 있는 고유값이다. 각각의 행렬 H (k)에 대한 고유값들이 정렬되면, 상기 부대역에 대한 관련된 행렬 E (k)의 고유 벡터들(또는 열들)은 또한 그에 대응하여 정렬된다. "광대역" 고유 모드는 정렬 후에 모든 N_F개의 부대역들의 동일한-순서 고유 모드들의 세트로서 정의될 수 있다(예를 들어,

번째 광대역 고유 모드는 모든 부대역들의

번째 고유 모드들을 포함한다). 각각의 광대역 고유 모드는 N_F개의 부대역들에 대한 N_F개의 고유 벡터들의 각각의 세트와 연관된다. 주요 광대역 고유 모드는 정렬 후에 각각의 행렬 Λ (k)에 있는 가장 큰 고유값과 연관된 고유 모드이다. 데이터는 N_S개의 광대역 고유 모드들을 통해 전송될 수 있다.

부분-CSI 전송 방식에서, 전송 엔티티는 각각의 부대역에 대하여 공간 확산 및 공간 프로세싱을 수행할 수 있으며, 수신 엔티티는 각각의 부대역들에 대하여 수신기 공간 프로세싱 및 공간 역확산을 수행할 수 있다.

각각의 데이터 심볼 블록은 MIMO-OFDM 시스템에서 다양한 방식들로 전송될 수 있다. 예를 들어, 각각의 데이터 심볼 블록은 N_F개의 부대역들 각각에 대한 벡터 s (k,n)의 하나의 엔트리로서 전송될 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 데이터 심볼 블록은 모든 N_F개의 부대역들을 통해 전송되고 공간 확산에 의해 제공되는 공간 다이버시티와 결합하여 주파수 다이버시티를 달성한다. 각각의 데이터 심볼 블록은 또한 하나 또는 다수의 OFDM 심볼 주기들을 스팬할 수 있다. 각각의 데이터 심볼 블록은 그리하여 (시스템 설계에 의한) 주파수 및/또는 시간 차원에 더하여 (공간 확산을 통한) 공간 차원을 스팬할 수 있다.

스티어링 행렬들은 또한 MIMO-OFDM 시스템에 대하여 다양한 방식들로 선택될 수 있다. 부대역들에 대한 스티어링 행렬들은 위에서 설명된 바와 같이 결정론적으로, 의사-랜덤하게 또는 순열 방식으로 선택될 수 있다. 예를 들어, 세트에 있는 L개의 스티어링 행렬들은 OFDM 심볼 주기 n에서 부대역들 1 내지 N_F, 그 다음에 OFDM 심볼 주기 n+1에서 부대역들 1 내지 N_F 등과 같은 순차적인 순서로 순환되고 선택될 수 있다. 세트에 있는 스티어링 행렬들의 수는 부대역들의 수보다 적거나, 같거나 또는 더 많을 수 있다. L = N_M, L < N_M 및 L = N_M에 대하여 위에서 설명된 세 가지 경우들은 또한 N_M을 N_F로 대체하여 부대역들에 대하여 적용될 수 있다.

3. MIMO 시스템

도 5는 전송 엔티티(110)와 수신 엔티티(150)의 블록 다이어그램을 나타낸다. 전송 엔티티(110)에서, TX 데이터 프로세서(520)는 데이터를 처리(예를 들어, 인코딩, 인터리빙 및 변조)하고 데이터 심볼들을 제공한다. TX 공간 프로세서(530)는 데이터 심볼들을 수신하고, 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송에 대하여 공간 확산 및 공간 프로세싱을 수행하고, 파일럿 심볼들에서 멀티플렉싱하며, N_T개의 전송 심볼 스트림들을 N_T개의 전송기 유닛들(TMTR)(532a 내지 532t)로 제공한다. 각각의 전송기 유닛(532)은 (적용 가능하다면) OFDM 변조를 수행하고 또한 변조된 신호를 생성하기 위해 각각의 전송 심볼 스트림을 조절(예를 들어, 아날로그로 변환, 필터링, 증폭 및 주파수 업컨버팅)한다. N_T개의 전송기 유닛들(532a 내지 532t)은 각각 N_T개의 안테나들(534a 내지 534t)로부터의 전송을 위해 N_T개의 변조된 신호들을 제공한다.

수신 엔티티(150)에서, N_R개의 안테나들(552a 내지 552r)은 N_T개의 전송된 신호들을 수신하고, 각각의 안테나(552)는 수신된 신호를 각각의 수신기 유닛(RCVR)(554)으로 제공한다. 각각의 수신기 유닛(554)은 (적용 가능하다면, OFDM 변조를 포함하여) 전송기 유닛(532)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하며, (1) 수신된 데이터 심볼들을 RX 공간 프로세서(560)로 제공하고 (2) 수신된 파일럿 심볼들을 제어기(580) 내에 있는 채널 추정기(584)로 제공한다. RX 공간 프로세서(560)는 제어기(580)로부터의 공간 필터 행렬들 및 스티어링 행렬들에 의해 N_R개의 수신기 유닛들(554)로부터의 N_R개의 수신된 심볼 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산을 수행하고, N_R개의 복원된 심볼 스트림들을 제공한다. RX 데이터 프로세서(570)는 그 후에 복원된 심볼들을 처리(예를 들어, 디매핑, 디인터리빙 및 디코딩)하고 디코딩된 데이터를 제공한다.

채널 추정기(584)는 공간 확산 없이 전송된 파일럿 채널들에 기반하여 채널 응답 행렬 H (m)에 대한 추정치인

을 획득할 수 있다. 대안적으로, 채널 추정기(584)는 공간 확산을 통해 전송된 파일럿 심볼들에 기반하여 유효 채널 응답 행렬

에 대한 추정치인

을 직접 획득할 수 있다. 어떤 경우라도,

또는

은 공간 필터 행렬을 얻기 위해 사용될 수 있다. 채널 추정기(584)는 또한 수신된 파일럿 심볼들 및/또는 수신된 데이터 심볼들에 기반하여 각각의 전송 채널에 대한 SNR을 추정한다. MIMO 채널은 각각의 부대역에 대하여 N_S개의 전송 채널들을 포함할 수 있으나, 이러한 전송 채널들은 (1) 전체-CSI 전송 또는 부분-CSI 전송 중 어느 전송이 사용되는지 여부, (2) 공간 역확산이 수행되었는지 여부 및 (3) 수신 엔티티에 의해 사용되는 특정한 공간 프로세싱 기법에 따라 달라질 수 있다. 제어기(580)는 자신의 SNR에 기반하여 각각의 전송 채널에 대한 적절한 레이트를 선택한다. 각각의 선택된 레이트는 특정한 코딩 방식들 및 특정한 변조 방식들과 관련되며, 이들 방식들은 전체적으로 데이터 레이트를 결정한다. 동일하거나 또는 상이한 레이트들이 N_S개의 전송 채널들에 대하여 선택될 수 있다.

모든 전송 채널들에 대한 레이트들, 다른 정보 및 트래픽 데이터는 TX 데이터 프로세서(590)에 의해 처리(예를 들어, 인코딩 및 변조)되고, (필요하다면) TX 공간 프로세서(592)에 의해 공간 프로세싱되고, 전송기 유닛들(554a 내지 554r)에 의해 조절되고, 안테나들(552a 내지 552r)을 통해 전송된다. 전송 엔티티(110)에서, 수신 엔티티(150)에 의해 전송된 N_R개의 신호들은 안테나들(534a 내지 534t)에 의해 수신되고, 수신기 유닛들(532a 내지 532t)에 의해 조절되고, RX 공간 프로세서(544)에 의해 공간 프로세싱되고, 선택된 레이트들을 복원하기 위해 RX 데이터 프로세서(546)에 의해 처리(예를 들어, 복조 및 디코딩)된다. 제어기(540)는 그 후에 TX 데이터 프로세서(520)가 각각의 전송 채널에 대하여 선택된 레이트에 기반하여 각각의 전송 채널에 대한 데이터를 처리하도록 지시할 수 있다.

제어기들(540 및 580)은 또한 각각 전송 엔티티(110) 및 수신 엔티티(150)들에서 다양한 프로세싱 유닛들의 동작을 제어한다. 메모리 유닛들(542 및 582)은 각각 제어기들(540 및 580)에 의해 사용되는 데이터 및/또는 프로그램 코드를 저장한다.

도 6은 전송 엔티티(110)에 있는 TX 데이터 프로세서(520)와 TX 공간 프로세서(530)의 일 실시예에 대한 블록 다이어그램을 나타낸다. 이러한 실시예에서, TX 데이터 프로세서(520)는 N_D개의 데이터 스트림들

(

=1 . . . N_D)에 대한 N_D개의 TX 데이터 스트림 프로세서들(620a 내지 620nd)을 포함하며, 일반적으로 N_D >= 1이다.

각각의 TX 데이터 스트림 프로세서(620)에서, 인코더(622)는 코딩 방식에 기반하여 자신의 데이터 스트림

을 수신하여 인코딩하며 코드 비트들을 제공한다. 데이터 스트림에 있는 각각의 데이터 패킷은 대응하는 코드 블록 또는 코딩된 데이터 패킷을 얻기 위해 개별적으로 인코딩된다. 코딩은 데이터 전송의 신뢰 가능성을 증가시킨다. 코딩 방식은 순환 리던던시 체크(CRC) 생성, 컨볼루션 코딩, 터보 코딩, 저밀도 패리티 체크(LDPC) 코딩, 블록 코딩, 다른 코딩 및 이들의 결합을 포함할 수 있다. 공간 확산을 통해, MIMO 채널이 코드 블록에서 정적이더라도 SNR은 코드 블록에서 변할 수 있다. 충분히 강력한 코딩 방식이 코드 블록에서 SNR 변화를 막기 위해 사용될 수 있으며, 그 결과 코딩된 성능은 코드 블록에 대한 평균 SNR에 비례한다. 공간 확산에 대한 양호한 성능을 제공할 수 있는 몇몇 예시적인 코딩 방식들은 터보 코드(예를 들어, IS-856에 의해 정의된 코드), LDPC 코드 및 컨볼루션 코드를 포함한다.

채널 인터리버(624)는 주파수, 시간 및/또는 공간 다이버시티를 달성하기 위해 인터리빙 방식에 기반하여 코드 비트들을 인터리빙(즉, 재정렬)한다. 인터리빙은 코드 블록, 부분 코드 블록, 다수의 코드 블록들 등을 통해 수행될 수 있다. 심볼 매핑 유닛(626)은 변조 방식에 기반하여 인터리빙된 비트들을 매핑하고 데이터 심볼들의 스트림

을 제공한다. 유닛(626)은 B-비트값(여기서, B >= 1)을 형성하기 위해 B개의 인터리빙된 비트들의 각각의 세트를 그룹화하고, 또한 변조 방식(예를 들어, QPSK, M-PSK 또는 M-QAM, 여기서 M = 2^B)에 기반하여 각각의 B-비트값을 특정한 변조 심볼로 매핑한다. 유닛(626)은 각각의 코드 블록에 대하여 데이터 심볼들의 블록을 제공한다.

도 6에서, N_D개의 TX 데이터 스트림 프로세서들(620)은 N_D개의 데이터 스트림들을 처리한다. 하나의 TX 데이터 스트림 프로세서(620)는 또한 예컨대 시분할 멀티플렉스(TDM) 방식으로 N_D개의 데이터 스트림들을 처리할 수 있다.

데이터는 MIMO 시스템에서 다양한 방식들로서 전송될 수 있다. 예를 들어, N_D = 1이면, 하나의 데이터 스트림이 처리되고, 디멀티플렉싱되어 MIMO 채널의 모든 N_S개의 전송 채널들을 통해 전송된다. N_D = N_S 이면, 하나의 데이터 스트림은 각각의 전송 채널을 통해 처리되고 전송될 수 있다. 어떤 경우라도, 각각의 전송 채널을 통해 전송될 데이터는 각각의 전송 채널에 대하여 선택된 레이트에 기반하여 인코딩되고 변조될 수 있다. 멀티플렉서/디멀티플렉서(Mux/Demux)(628)는 N_D개의 데이터 스트림들에 대한 데이터 심볼들을 수신하여 N_S개의 데이터 심볼 스트림들로 멀티플렉싱/디멀티플렉싱하여 각각의 전송 채널에 대하여 하나의 데이터 심볼 스트림들이 전달되도록 한다. N_D = 1이면, Mux/Demux(628)는 하나의 데이터 스트림에 대한 데이터 심볼들을 N_S개의 데이터 심볼 스트림들로 디멀티플렉싱한다. N_D = N_S 이면, Mux/Demux(628)는 간단하게 각각의 데이터 심볼 스트림으로서 각각에 데이터 스트림에 대한 데이터를 제공할 수 있다.

TX 공간 프로세서(530)는 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 수신하여 공간 프로세싱한다. TX 공간 프로세서(530) 내에서, 공간 확산기(632)는 N_S개의 데이터 심볼 스트림들을 수신하고, 각각의 전송 스팬 m에 대하여 선택된 스티어링 행렬 V (m)을 통해 각각의 전송 스팬 m에 대한 공간 확산을 수행하고, N_S개의 확산 심볼 스트림들을 제공한다. 스티어링 행렬들은 메모리 유닛(542) 내에 있는 스티어링 행렬(SM) 스토리지(642)로부터 검색될 수 있거나 또는 필요에 따라 제어기(540)로부터 생성될 수 있다. 공간 프로세서(634)는 부분-CSI 전송에 대한 단위 행렬 I 를 통해서 또는 전체-CSI 전송에 대한 고유 벡터들의 행렬들 E (m)을 통해 N_S개의 확산 심볼 스트림들을 처리한다. 멀티플렉서(636)는 (예를 들어, 시분할 멀티플렉싱 방식으로) 파일럿 심볼들을 이용하여 공간 프로세서(634)로부터의 전송 심볼들을 멀티플렉싱하고 N_T개의 전송 심볼 스트림들을 N_T개의 전송 안테나들로 제공한다.

도 7은 RX 공간 프로세서(560a)와 RX 데이터 프로세서(570a)에 대한 블록 다이어그램을 나타내며, 이들은 각각 수신 엔티티(150)에서 RX 공간 프로세서(560)와 RX 데이터 프로세서(570)의 일 실시예이다. N_R개의 수신기 유닛들(554a 내지 554r)은 수신된 파일럿 심볼들

(i=1 . . . N_R)를 채널 추정기(584)로 제공한다. 채널 추정기(584)는 수신된 파일럿 심볼들에 기반하여 채널 응답 행렬 H (m)을 추정하고 또한 각각의 전송 채널의 SNR을 추정한다. 제어기(580)는 채널 응답 행렬 H (m)과 가능하면 스티어링 행렬 V (m)에 기반하여 각각의 전송 스팬 m에 대하여 공간 필터 행렬 M (m)과 가능하면 대각 행렬 D (m)을 획득한다. 수신 엔티티(150)는 전송 엔티티(110)와 동기화되며, 그 결과 양쪽 엔티티들 모두는 각각의 전송 스팬 m에 대하여 동일한 스티어링 행렬 V (m)을 사용한다. 행렬 M( m)은 CCMI 및 MMSE 기법들을 이용하여 각각 전체-CSI 전송에 대하여 수학식 10에 제시된 바와 같이 획득될 수 있으며 부분-CSI 전송에 대하여 수학식 17 및 23에 제시된 바와 같이 획득될 수 있다. 행렬 M( m)은 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산이 동시에 또는 개별적으로 수행되는지 여부에 따라 스티어링 행렬 V (m)을 포함할 수도 있고 포함하지 않을 수도 있다.

도 7은 개별적으로 수행되는 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산을 나타낸다. RX 공간 프로세서(560)는 수신기 유닛들(554a 내지 554r)로부터의 수신된 데이터 심볼들

(i=1 . . . N_R)와 제어기(580)로부터의 행렬들 M (m) 및 V (m)을 획득한다. RX 공간 프로세서(560) 내에서, 공간 프로세서(762)는 행렬들 M (m)을 통해 각각의 전송 스팬을 위한 수신된 데이터 심볼들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행한다. 공간 역확산기(764)는 그 후에 행렬 V (m)를 통해 공간 역확산을 수행하고 복원된 심볼들을 RX 데이터 프로세서(570)로 제공한다. 수신기 공간 프로세싱과 공간 역확산은 또한 위에서 설명된 바와 같이 유효 MIMO 채널 추정을 이용하여 함께 수행될 수 있다.

도 7에 도시된 실시예에서, RX 데이터 프로세서(570a)는 멀티플렉서/디멀티플렉서(Mux/Demux)(768)와 N_D개의 데이터 스트림들에 대한 N_D개의 RX 데이터 스트림 프로세서들(770a 내지 770nd)을 포함한다. Mux/Demux(768)는 N_S개의 전송 채널들에 대한 N_S개의 복원된 심볼 스트림들을 수신하여 N_D개의 데이터 스트림들에 대한 N_D개의 복원된 심볼 스트림들로 멀티플렉싱/디멀티플렉싱한다. 각각의 RX 데이터 스트림 프로세서(770) 내에서, 심볼 디매핑 유닛(772)은 자신의 데이터 스트림에 대한 복원된 심볼들을 상기 스트림에 대하여 사용된 변조 방식에 따라 복조하고 복조된 데이터를 제공한다. 채널 디인터리버(774)는 전송 엔티티(110)에 의해 상기 스트림에 대하여 수행된 인터리빙과 상보적인 방식으로 복조된 데이터를 디인터리빙한다. 디코더(776)는 상기 스트림에 대하여 전송 엔티티(110)에 의해 수행된 인코딩과 상보적인 방식으로 디인터리빙된 데이터를 디코딩한다. 예를 들어, 터보 디코더 또는 비터비 디코더는 터보 또는 컨볼루션 코딩이 각각 전송 엔티티(110)에 의해 수행된다면 디코더(776)를 위해 사용될 수 있다. 디코더(776)는 디코딩된 데이터 스트림을 제공하며, 디코딩된 데이터 스트림은 각각의 데이터 심볼 블록에 대한 디코딩된 데이터 패킷을 포함한다.

도 8은 수신 엔티티(150)에 대한 SIC 기법을 구현하는, RX 공간 프로세서(560b) 및 RX 데이터 프로세서(570b)의 블록 다이어그램을 나타낸다. 예를 들어, N_D = N_S이면, RX 공간 프로세서(560b) 및 RX 데이터 프로세서(570b)는 N_S개의 데이터 심볼 스트림들에 대한 N_S개의 캐스케이드된 수신기 프로세싱 스테이지들을 구현한다. 1부터 N_S - 1까지의 스테이지들 각각은 공간 프로세서(860), 간섭 소거기(862), RX 데이터 스트림 프로세서(870) 및 TX 데이터 스트림 프로세서(880)를 포함한다. 마지막 스테이지는 오직 공간 프로세서(860ns)와 RX 데이터 스트림 프로세서(870nd)만을 포함한다. 각각의 RX 데이터 스트림 프로세서(870)는 도 7에 도시된 바와 같이 심볼 디매핑 유닛, 채널 디인터리버 및 디코더를 포함한다. 각각의 TX 데이터 스트림 프로세서(880)는 도 6에 도시된 바와 같이 인코더, 채널 인터리버 및 심볼 매핑 유닛을 포함한다.

스테이지 1에서, 공간 프로세서(860a)는 N_R개의 수신된 심볼 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하고 하나의 복원된 심볼 스트림

을 제공한다. RX 데이터 스트림 프로세서(870a)는 복원된 심볼 스트림

을 복조하고, 디인터리빙하고 디코딩하여 대응하는 디코딩된 데이터 스트림

을 제공한다. TX 데이터 스트림 프로세서(880a)는 디코딩된 데이터 스트림

을 상기 스트림에 대하여 전송 엔티티(110)에 의해 수행된 동일한 방식으로 인코딩하고, 인터리빙하고 변조하여 재변조된 심볼 스트림

을 제공한다. 간섭 소거기(862a)는 스티어링 행렬 V (m)을 통해 재변조된 심볼 스트림

을 공간 확산하고 또한 데이터 심볼 스트림 {s₁}에 기인하여 N_R개의 간섭 성분들을 획득하기 위해 상기 결과들을 채널 응답 행렬

과 곱한다. N_R개의 간섭 성분들은, 스테이지 2로 제공되는, N_R개의 수정된 심볼 스트림들을 얻기 위해 N_R개의 수신된 심볼 스트림들로부터 감산된다.

스테이지들 2 내지 N_S - 1 각각은 N_R개의 수신된 심볼 스트림들 대신에 이전 스테이지로부터의 N_R개의 수정된 심볼 스트림들에 대하여 스테이지 1과 같이 동일한 프로세싱을 수행한다. 마지막 스테이지는 스테이지 N_S - 1로부터의 N_R개의 수정된 심볼 스트림들에 대하여 공간 프로세싱과 디코딩을 수행하며, 간섭 추정 및 소거는 수행하지 않는다.

공간 프로세서들(860a 내지 860ns)은 각각 CCMI, MMSE 또는 몇몇 다른 기법을 구현할 수 있다. 각각의 공간 프로세서(860)는 복원된 심볼 벡터

을 얻기 위해 공간 필터 행렬

및 스티어링 행렬 V (m)과 (수신된 또는 수정된) 입력 심볼 벡터

을 곱한다. 행렬

은 스테이지에 대한 축소된 채널 응답 행렬

에 기반하여 유도된다. 행렬

은 삭제된 이전 스테이지들에서 이미 복원된 모든 데이터 심볼 스트림들에 대한 열들이

과 동일하다.

4. 레이트 선택 및 제어

전체-CSI 전송 및 부분-CSI 전송 모두에 대하여, 수신 엔티티는 각각의 전송 채널의 SNR을 추정할 수 있다. SNR 계산은 (1) 전체-CSI 또는 부분-CSI 전송이 사용되는지 여부, (2) 공간 확산이 수행되는지 여부, (3) 부분-CSI 전송의 경우에 수신 엔티티에 의해 사용되는 특정한 수신기 공간 프로세싱 기법(예를 들어, CCMI, MMSE 또는 SIC)에 좌우된다. MIMO-OFDM 시스템에서, 전송 채널의 SNR을 얻기 위해 각각의 전송 채널의 각각의 부대역에 대한 SNR이 추정되고 평균화된다. 어떤 경우라도, 각각의 전송 채널에 대한 동작 SNR

은 전송 채널의 SNR

과 SNR 오프셋

에 기반하여 다음과 같이 계산될 수 있다:

여기서, 단위는 데시벨(dB)이다. SNR 오프셋은 추정 에러, 채널의 변화 및 다른 인자들을 고려하기 위해 사용될 수 있다. 적절한 레이트는 전송 채널의 동작 SNR에 기반하여 각각의 전송 채널에 대하여 선택된다.

MIMO 시스템은 특정 세트의 레이트들을 지원할 수 있다. 지원되는 레이트들 중 하나는, 데이터 레이트가 제로인 널 레이트일 수 있다. 남아있는 레이트들 각각은 예를 들어 넌-페이딩 AWGN 채널에 대한 1% 패킷 에러 레이트(PER)와 같은 원하는 레벨의 성능을 달성하기 위해 요구되는 특정한 넌-제로 데이터 레이트, 특정한 코딩 방식 및 코드 레이트, 특정한 변조 방식 및 특정한 최소 SNR과 관련되어 있다. 각각의 지원되는 넌-제로 레이트에 대하여, 요구되는 SNR은 (상기 레이트에 대하여 시스템에 의해 사용되는 특정한 코드 레이트, 인터리빙 방식 및 변조 방식과 같은) 특정한 시스템 설계에 기반하여 AWGN 채널에 대하여 획득될 수 있다. l 요구되는 SNR은 기술적으로 공지된 바와 같이 컴퓨터 시뮬레이션, 경험적 측정들 등에 의해 획득될 수 있다. 지원되는 레이트들의 세트와 이들의 요구되는 SNR들은 룩-업 테이블에 저장될 수 있다.

각각의 전송 채널의 동작 SNR

은 룩-업 테이블로 제공될 수 있으며, 그 후에 상기 전송 채널에 대한 레이트

을 리턴한다. 이러한 레이트는, 동작 SNR과 같거나 작은, 요구되는 SNR

(또는

)을 가지는 가장 높게 지원되는 레이트이다. 수신 엔티티는 그리하여 자신의 동작 SNR에 기반하여 각각의 전송 채널에 대하여 가능한 가장 높은 레이트를 선택할 수 있다.

5. 스티어링 행렬 생성

공간 확산을 위한 스티어링 행렬들은 다양한 방식들로 생성될 수 있으며, 몇몇 예시적인 방식들이 아래에서 설명된다. L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트는 미리 계산되어 전송 및 수신 엔티티들에 저장되며, 그 후에 필요에 따라 사용하기 위해 검색된다. 대안적으로, 이러한 스티어링 행렬들은 필요에 따라 실시간으로 계산될 수 있다.

스티어링 행렬들은 유니터리 행렬들이어야 하며 다음의 조건을 만족하여야 한다:

수학식 28은 V (i)의 각각의 열이 유닛 에너지를 가져야 하며 V (i)의 임의의 두 개의 열들의 에르미트 내적은 제로가 되어야 함을 나타낸다. 이러한 조건은 스티어링 행렬 V (i)를 이용하여 동시에 전송되는 N_S개의 데이터 심볼들이 동일한 전력으로 전송되기 전에 서로 직교하게 한다.

몇몇 스티어링 행렬들은 또한 상관되지 않을 수도 있으며, 그 결과 임의의 두 개의 상관되지 않은 스티어링 행렬들 사이의 상관은 제로 또는 낮은 값이 된다. 이러한 조건은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, C (ij)는 V (i) 및 V (j)에 대한 상관 행렬이며 0 은 모두 제로인 행렬이다. 수학식 30의 조건은 몇몇 애플리케이션들에 대하여 성능을 향상시킬 수 있으나 대부분의 애플리케이션을 위해 필요한 것은 아니다.

L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트 { V }는 다양한 방식들을 사용하여 생성될 수 있다. 제 1 방식에서, L개의 스티어링 행렬들은 랜덤 변수들의 행렬들에 기반하여 생성된다. 각각 평균이 0이며 분산이 1인 독립적이고 동일하게 분포된 복소 가우시안 랜덤 변수들인 엘리먼트들을 가지는 N_S×N_T 행렬 G 가 처음에 생성된다. G 의 N_T×N_T 상관 행렬은 다음과 같이 고유값 분해를 이용하여 계산되고 분해된다:

행렬 E _G는 스티어링 행렬 V (i)로서 사용되며 세트에 추가된다. 상기 프로세 서는 모든 L개의 스티어링 행렬들이 생성될 때까지 반복된다.

제 2 방식에서, L개의 스티어링 행렬들은 (log₂ L)+1개의 독립적이고 균등하게 분포된(IID: independent isotropically distributed) 유니터리 행렬들로 이루어진 세트에 기반하여 다음과 같이 생성된다:

여기서, V ₀은 N_T×N_S 독립적이고 균등하게 분포된 유니터리 행렬이고;

(여기서, Q = log₂ L이고,

는 인덱스 i의 j-번째 비트)이고;

(j=1 . . . Q)는 N_T×N_T IID 유니터리 행렬이다.

제 2 방식은 T. L. Marzetta et al. in "Structured Unitary Space-Time Autocoding Constellations," IEEE Transaction on Information Theory, Vol. 48, No. 4, April 2002에서 설명되어 있다.

제 3 방식에서, L개의 스티어링 행렬들은 N_T-차원 복소 공간에서 초기 유니터리 스티어링 행렬 V (1)을 연속적으로 회전시킴으로써 다음과 같이 생성된다:

여기서,

는 1의 L-번째 루트인 엘리먼트들을 가지는 N_T×N_T 대각 유니터리 행렬이다. 제 3 방식은 B. M. Hochwald et al. in "Systematic Design of Unitary Space-Time Constellations", IEEE Transaction on Information Theory, Vol. 46, No. 6, September 2000에서 설명되어 있다.

제 4 방식에서, L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트는 기본 행렬 B 와 상이한 스칼라들을 이용하여 생성된다. 기본 행렬은 왈쉬 행렬, 푸리에 행렬 또는 몇몇 다른 행렬일 수 있다. 2×2 왈쉬 행렬은

로서 표현될 수 있다. 더 큰 크기의 왈쉬 행렬 W_2N×2N은 다음과 같이 더 작은 크기의 왈쉬 행렬 W_N×N으로부터 형성될 수 있다:

왈쉬 행렬들은 2의 거듭제곱들인 차원을 가진다.

N_T×N_T 푸리에 행렬 D 는 m-번째 열의 n-번째 행에 있는 엘리먼트 w_n _,m을 가지며, 상기 엘리먼트는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, n은 행 인덱스이고 m은 열 인덱스이다. 임의의 제곱 차원(예를 들어, 2, 3, 4, 5 등)의 푸리에 행렬들이 형성될 수 있다.

N_T×N_T 왈쉬 행렬 W , 푸리에 행렬 D 또는 몇몇 다른 행렬은 다른 스티어링 행렬들을 형성하기 위해 기본 행렬 B 로서 사용될 수 있다. 기본 행렬의 각각의 행들 2 내지 N_T는 M개(M>1)의 상이한 스칼라들 중 하나와 독립적으로 곱해질 수 있다.

개의 상이한 스티어링 행렬들은 N_T- 1개의 행들에 대한 M개의 스칼라들의

개의 상이한 순열들로부터 획득될 수 있다. 예를 들어, 각각의 행들 2 내지 N_T는 +1, -1, +j 또는 -j의 스칼라(여기서,

)와 독립적으로 곱해질 수 있다. N_T = 4이고 M = 4인 경우에, 64개의 상이한 스티어링 행렬들은 네 개의 상이한 스칼라들을 이용하여 기본 행렬 B 로부터 생성될 수 있다. 추가적인 스티어링 행렬들은 다른 스칼라들, 예를 들어,

,

등과 같은 다른 스칼라들을 이용하여 생성될 수 있다. 일반적으로, 기본 행렬의 각각의 행은

(여기서, θ는 임의의 위상값임) 형태를 가지는 임의의 스칼라와 곱해질 수 있다. N_T×N_T 스티어링 행렬들은

(여기서,

)로서 생성될 수 있으며, B (i)는 기본 행렬 B 를 이용하여 생성된 i-번째 행렬이다.

에 의해 스케일링은 V (i)의 각각의 열이 유닛 전력을 가지도록 보장한다.

다른 방식들이 또한 L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트를 생성하기 위해 이용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있는 것이다. 일반적으로, 스티어링 행렬들은 의사-랜덤 방식(예를 들어, 제 1 방식) 또는 결정론적인 방식(예를 들어, 제 2 방식, 제 3 방식 및 제 4 방식)으로 생성될 수 있다.

여기에 설명된 공간 확산 기법들은 다양한 수단들에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기법들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어서, 전송 엔티티에서의 공간 확산과 수신 엔티티에서의 공간 역확산을 위한 프로세싱 유닛들은 하나 이상의 ASIC들(application specific integrated circuits), DSP들(digital signal processors), DSPD들(digital signal processing devices), PLD들(programmable logic devices), FPGA들(field programmable gate arrays), 프로세서들, 제어기들, 마이크로-컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 여기에 설명된 기능들을 수행하기 위해 설계된 다른 전자 유닛들, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.

소프트웨어 구현에 있어서, 공간 확산 기법들은 여기에 설명된 기능들을 수행하는 모듈들(예를 들어, 절차들, 기능들 등)을 통해 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛들(예를 들어, 도 5의 메모리 유닛들(542 및 582))에 저장되고 프로세서(예를 들어, 도 5의 제어기들(540 및 580))에 의해 실행될 수 있다. 메모리 유닛은 프로세서 내에서 구현되거나 또는 프로세서 외부에 구현될 수 있으며, 프로세서 외부에 구현되는 경우에 메모리 유닛은 기술적으로 공지된 다양한 수단들을 통해 프로세서와 통신으로 연결될 수 있다.

제목들은 참조를 위해 여기에 포함되며 특정 섹션들을 배치하는데 도움을 준다. 이러한 제목들은 여기에서 설명되는 개념들의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니며, 이러한 개념들은 전체 명세서를 통해 다른 섹션들에서 적용 가능할 수 있다.

제시된 실시예들에 대한 이전의 설명은 임의의 당업자가 본 발명을 구현하거나 이용할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 당업자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims

무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에서 전송 엔티티로부터 수신 엔티티로 데이터를 전송하는 방법으로서,

상기 전송 엔티티와 상기 수신 엔티티 사이의 MIMO 채널에서 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터를 처리하는 단계;

복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링(steering) 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 확산을 수행하는 단계 - 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화(randomize)함 -; 및

상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대한 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들을 통해 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 전송하기 위해 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들 각각을 상기 복수의 전송 심볼들의 스트림들 중 하나로서 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 데이터를 처리하는 단계는,

상기 데이터 심볼들의 스트림에 대하여 선택된 레이트에 기반하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대하여 데이터를 인코딩하고 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 4 항에 있어서,

데이터 심볼들의 각각의 스트림에 대하여 상기 레이트를 획득하는 단계를 더 포함하며, 상기 레이트는 상기 데이터 심볼들의 스트림에 대한 전송 채널의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)에 기반하여 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 데이터를 처리하는 단계는,

데이터 심볼들의 블록을 얻기 위해 복수의 데이터 패킷들 각각을 인코딩하고 변조하는 단계; 및

상기 복수의 데이터 패킷들에 대하여 생성된 복수의 데이터 심볼들의 블록들을 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들로 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 인코딩하고 변조하는 단계는,

코딩된 데이터의 블록을 얻기 위해 터보 코드, 컨볼루션 코드 또는 저밀도 패리티 체크(LDPC) 코드에 기반하여 각각의 데이터 패킷을 인코딩하는 단계; 및

데이터 심볼들의 블록을 얻기 위해 변조 방식에 기반하여 코딩된 데이터의 각각의 블록을 심볼 매핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 블록들을 멀티플렉싱하는 단계는,

데이터 심볼들의 각각의 블록을 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 중 하나로 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 블록들을 멀티플렉싱하는 단계는,

데이터 심볼들의 각각의 블록을 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 모두로 멀티플렉싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 공간 확산을 수행하는 단계는,

적어도 두 개의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 있는 데이터 심볼들의 각각의 블록에 대하여 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 확산을 수행하는 단계는,

L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트를 이용하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하며, L은 1보다 큰 정수인 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 11 항에 있어서,

직교 열들(columns)을 가지는 유니터리(unitary) 행렬들로서 상기 L개의 스티어링 행렬들을 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 11 항에 있어서,

각각의 시간 간격 동안 상기 L개의 스티어링 행렬들 중에서 스티어링 행렬을 선택하는 단계를 더 포함하며, 상기 공간 확산은 상기 각각의 시간 간격 동안 선택된 스티어링 행렬에 의해 상기 각각의 시간 간격 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 11 항에 있어서,

적어도 하나의 주파수 부대역의 각각의 그룹에 대하여 상기 L개의 스티어링 행렬들 중에서 스티어링 행렬을 선택하는 단계를 더 포함하며, 상기 공간 확산은 상기 각각의 그룹에 대하여 선택된 스티어링 행렬에 의해 상기 적어도 하나의 주파수 부대역의 각각의 그룹에 대하여 수행되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 위해 상기 복수의 전송 심볼들의 스트림들 각각을 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 공간 확산을 수행하는 단계는,

데이터 전송과 함께 각각의 심볼 주기에 있는 복수의 부대역들에 대하여 적어도 두 개의 상이한 스티어링 행렬들에 의해 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치로서,

상기 MIMO 시스템의 전송 엔티티와 수신 엔티티 사이의 MIMO 채널에서 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터를 처리하는 데이터 프로세서;

복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 확산을 수행하는 공간 확산기 - 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -; 및

상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대한 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서를 포함하는, 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들을 통해 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 전송하기 위해 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 곱하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들 각각을 상기 복수의 전송 심볼들의 스트림들 중 하나로서 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 데이터 프로세서는 상기 데이터 심볼들의 스트림에 대하여 사용되는 전송 채널의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)에 기반하여 선택된 레이트에 따라 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대하여 데이터를 인코딩하고 변조하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 데이터 프로세서는 데이터 심볼들의 블록을 얻기 위해 복수의 데이터 패킷들 각각을 인코딩하고 변조하며, 상기 복수의 데이터 패킷들에 대하여 생성된 복수의 데이터 심볼들의 블록들을 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들로 멀티플렉싱하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 21 항에 있어서,

상기 공간 확산기는 적어도 두 개의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 있는 데이터 심볼들의 각각의 블록을 공간 확산시키는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

각각의 시간 간격 동안 L개의 스티어링 행렬들 중에서 스티어링 행렬을 선택하는 제어기를 더 포함하며, 상기 L은 1보다 큰 정수이고, 상기 공간 확산기는 상기 각각의 시간 간격 동안 선택된 상기 스티어링 행렬에 의해 상기 각각의 시간 간격 동안 공간 확산을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 MIMO 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용하며, 데이터 전송과 함께 각각의 심볼 주기 동안 상기 공간 확산기는 데이터 전송에 사용되는 복수의 부대역들에 대하여 적어도 두 개의 상이한 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 공간 확산기에 의한 공간 확산은 상기 수신 엔티티에 의한 공간 역확산 후에 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 수신 엔티티에 의해 백색(whitened) 간섭 및 잡음이 관찰되도록 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 17 항에 있어서,

상기 MIMO 채널은 복수의 공간 채널들을 포함하며, 상기 공간 확산기에 의한 공간 확산은 상기 복수의 공간 채널들의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)들 중 평균값인 SNR을 상기 복수의 전송 채널들 각각에서 달성하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치로서,

상기 MIMO 시스템의 전송 엔티티와 수신 엔티티 사이의 MIMO 채널에서 복수의 전송 채널들을 통해 전송하기 위한 복수의 데이터 심볼들의 스트림들을 얻도록 데이터를 처리하는 수단;

복수의 확산 심볼들의 스트림들을 얻도록 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 공간 확산을 수행하는 수단 - 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화(randomize)함 -; 및

상기 전송 엔티티에서 복수의 전송 안테나들로부터 전송하기 위한 복수의 전송 심볼들의 스트림들을 얻도록 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들에 대한 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 포함하는, 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 공간 프로세싱을 수행하는 수단은,

상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들을 통해 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 전송하기 위해 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들을 곱하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 공간 프로세싱을 수행하는 수단은,

상기 복수의 확산 심볼들의 스트림들 각각을 상기 복수의 전송 심볼들의 스트림들 중 하나로서 제공하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 데이터를 처리하는 수단은 상기 데이터 심볼들의 스트림에 대하여 사용되는 전송 채널의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)에 기반하여 선택된 레이트에 따라 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대하여 데이터를 인코딩하고 변조하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 데이터를 처리하는 수단은,

데이터 심볼들의 블록을 얻기 위해 복수의 데이터 패킷들 각각을 인코딩하고 변조하는 수단; 및

상기 복수의 데이터 패킷들에 대하여 생성된 복수의 데이터 심볼들의 블록들을 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들로 멀티플렉싱하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 27 항에 있어서,

각각의 시간 간격 동안 L개의 스티어링 행렬들 중에서 스티어링 행렬을 선택하는 수단을 더 포함하며, 상기 L은 1보다 큰 정수이고, 각각의 시간 간격 동안 상기 공간 확산은 상기 각각의 시간 간격 동안 선택된 상기 스티어링 행렬에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 27 항에 있어서,

상기 MIMO 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용하며, 상기 공간 확산을 수행하는 수단은 데이터 전송과 함께 각각의 심볼 주기에서 복수의 부대역들에 대하여 적어도 두 개의 상이한 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산을 수행하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에서 전송 엔티티로부터 수신 엔티티로 전송된 데이터 전송을 수신하는 방법에 있어서,

MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 획득하는 단계 - 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 추가로 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -;

복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계; 및

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하는 단계를 포함하는, 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 MIMO 채널에 대한 채널 응답 추정치와 공간 역확산에 사용되는 상기 복수의 스티어링 행렬들을 포함하는 유효 MIMO 채널 추정치를 획득하는 단계; 및

상기 유효 MIMO 채널 추정치에 기반하여 상기 수신기 공간 프로세싱과 상기 공간 역확산을 함께 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 공간 역확산을 수행하는 단계는,

데이터 심볼들의 대응하는 블록에 대하여 상기 전송 엔티티에 의해 사용되는 적어도 두 개의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 있는 검출된 심볼들의 각각의 블록에 대하여 공간 역확산을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 공간 역확산을 수행하는 단계는,

L개의 스티어링 행렬들로 이루어진 세트를 이용하여 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하는 단계를 포함하며, L은 1보다 큰 정수이고, 상기 L개의 스티어링 행렬들은 유니터리 행렬들인 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들에 대한 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

상기 MIMO 채널에 대한 채널 응답 추정치에 기반하여 매칭된 필터를 유도하는 단계; 및

상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 매칭된 필터와 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

채널 상관 행렬 반전(CCMI) 기법에 기반하여 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

최소 평균 제곱 에러(MMSE) 기법에 기반하여 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계는,

연속적인 간섭 소거(SIC) 기법에 기반하여 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들 각각의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 추정하는 단계; 및

상기 데이터 심볼들의 스트림을 위한 상기 전송 채널에 대한 SNR 추정치에 기반하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대한 레이트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 적어도 하나의 레이트를 상기 전송 엔티티로 전송하는 단계를 더 포함하며, 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 상기 적어도 하나의 레이트에 기반하여 인코딩되고 변조되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들 각각의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 추정하는 단계; 및

상기 복수의 전송 채널들에 대한 SNR 추정치들에 기반하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 하나의 레이트를 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

디코딩된 데이터를 얻기 위해 상기 스트림에 대하여 선택된 레이트에 기반하여 상기 복수의 복원된 심볼들의 스트림들 각각을 복조하고 디코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
제 34 항에 있어서,

상기 공간 역확산을 수행하는 단계는,

데이터 전송에 사용되는 각각의 심볼 주기의 복수의 부대역들에 대한 적어도 두 개의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대한 공간 역확산을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송의 수신 방법.
무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치로서,

MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송 엔티티에서 수신 엔티티로 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위한 복수의 수신기 유닛들 - 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 추가로 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -;

복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 공간 프로세서; 및

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하는 공간 역확산기를 포함하는, 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 MIMO 채널에 대한 채널 응답 추정치와 공간 역확산에 사용되는 상기 복수의 스티어링 행렬들을 포함하는 유효 MIMO 채널 추정치를 획득하기 위한 채널 추정기를 더 포함하며, 상기 공간 프로세서와 상기 공간 역확산기는 상기 유효 MIMO 채널 추정치에 기반하여 상기 수신기 공간 프로세싱과 상기 공간 역확산을 함께 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위해 상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들에 대한 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위해, 상기 MIMO 채널에 대한 채널 응답 추정치에 기반하여 유도되는 매칭된 필터와 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 공간 프로세서는 채널 상관 행렬 반전(CCMI) 기법, 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 또는 연속적인 간섭 소거(SIC) 기법에 기반하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들 각각의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 추정하는 채널 추정기; 및

상기 데이터 심볼들의 스트림을 위한 전송 채널에 대한 SNR 추정치에 기반하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대하여 레이트를 선택하는 제어기를 더 포함하며, 상기 데이터 심볼들의 스트림 각각은 상기 데이터 심볼들의 스트림을 위해 선택된 상기 레이트에 기반하여 상기 전송 엔티티에 의해 인코딩되고 변조된 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

디코딩된 데이터를 얻기 위해 상기 스트림에 대하여 선택된 레이트에 기반하여 상기 복수의 복원된 심볼들의 스트림들 각각을 복조하고 디코딩하는 데이터 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 48 항에 있어서,

상기 MIMO 시스템은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용하며, 상기 공간 역확산기는 데이터 전송과 함께 각각의 심볼 주기에서 복수의 부대역들에 대하여 적어도 두 개의 상이한 스티어링 행렬들에 의해 공간 역확산을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.
무선 멀티-입력 멀티-출력(MIMO) 통신 시스템에 있는 장치로서,

MIMO 채널에 있는 복수의 전송 채널들을 통해 전송 엔티티에서 수신 엔티티로 전송되는 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위한 수단 - 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들은 복수의 스티어링 행렬들에 의해 공간 확산되고 상기 MIMO 채널을 통해 전송되기 전에 추가로 공간 프로세싱되며, 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의한 공간 확산은 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들을 랜덤화함 -;

복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들에 대하여 수신기 공간 프로세싱을 수행하기 위한 수단; 및

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대한 추정치들인 복수의 복원된 심볼들의 스트림들을 얻기 위해 상기 복수의 스티어링 행렬들에 의해 상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들에 대하여 공간 역확산을 수행하기 위한 수단을 포함하는, 장치.
제 56 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하기 위한 수단은,

상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위해 상기 MIMO 채널의 복수의 고유 모드들에 대한 고유 벡터들의 행렬들과 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 56 항에 있어서,

상기 수신기 공간 프로세싱을 수행하기 위한 수단은,

상기 복수의 검출된 심볼들의 스트림들을 획득하기 위해, 상기 MIMO 채널에 대한 채널 응답 추정치에 기반하여 유도되는 매칭된 필터와 상기 복수의 수신된 심볼들의 스트림들을 곱하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 56 항에 있어서,

상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들에 대하여 상기 복수의 전송 채널들 각각의 신호-대-잡음-및-간섭비(SNR)를 추정하기 위한 수단; 및

상기 데이터 심볼들의 스트림을 위한 전송 채널에 대한 SNR 추정치에 기반하여 상기 복수의 데이터 심볼들의 스트림들 각각에 대하여 레이트를 선택하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 데이터 심볼들의 스트림 각각은 상기 데이터 심볼들의 스트림을 위해 선택된 상기 레이트에 기반하여 상기 전송 엔티티에 의해 인코딩되고 변조된 것을 특징으로 하는 장치.