KR100867258B1 - 다중-캐리어 변조를 사용하는 다중-안테나 통신 시스템을위한 전송 방법 - Google Patents

다중-캐리어 변조를 사용하는 다중-안테나 통신 시스템을위한 전송 방법 Download PDF

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Abstract

다중 캐리어 변조를 사용하는 다중 안테나 통신 시스템에 대한 파일럿 및 데이터 전송 방식이 제시된다. 서브밴드 멀티플렉싱이 다수의 안테나로부터 동시에 다수의 신호들을 전송함으로써 기인하는 간섭을 방지하는데 사용된다. M개의 가용 서브밴드가 초기에 배열되어 다수의 서브밴드들 그룹들을 형성하고, 각각의 그룹은 상이한 가용 서브밴드 서브세트를 포함한다. T개의 송신 안테나 각각은 파일럿 전송을 위한 하나 이상의 서브밴드들 그룹 및 일반적으로 데이터 전송을 위한 하나의 서브밴드들 그룹에 할당된다. 파일럿 및 데이터는 파일럿 및 데이터 전송을 위해 그 안테나에 할당된 서브밴드들 상에서 각각의 안테나로부터 전송될 수 있다. 각각의 송신 안테나에 대해, 각각 할당된 서브밴드에 대한 송신 전력은 안테나에 사용할 수 있는 총 송신이 모두 송신에 사용될 수 있도록 보다 높게 스케일링 될 수 있다. 파일럿 및/또는 데이터는 상호 간섭을 야기함이 없이 모든 가용 서브밴드들 상에서 모든 T개의 안테나들로부터 동시에 전송될 수 있다.

Description

다중-캐리어 변조를 사용하는 다중-안테나 통신 시스템을 위한 전송 방법{TRANSMISSION SCHEMES FOR MULTI-ANTENNA COMMUNICATION SYSTEMS UTILIZING MULTI-CARRIER MODULATION}
본 발명은 데이터 통신에 관한 것으로서, 특히 다중 캐리어 변조를 사용하는 다중-안테나 통신 시스템에서 파일럿 및 데이터 전송 방식에 관한 것이다.
다중-안테나 시스템은 파일럿 및 데이터 전송을 위해 다수의(T) 송신 안테나들 및 하나 이상의 (R) 수신 안테나를 사용한다. T개의 송신 안테나들은 이러한 안테나들로부터 독립적인 데이터 스트림들을 전송함으로써 처리율을 증가시키는데 사용될 수 있다. T개의 송신 안테나들은 이러한 안테나들로부터 하나의 데이터 스트림들을 리던던트하게 전송함으로써 신뢰도를 개선하는데 사용될 수도 있다.
다중-안테나 통신 시스템에서, T개의 송신 안테나들 및 R개의 수신 안테나들 사이에서 채널 이득을 추정하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 채널 추정은 데이터 전송을 위해 사용되는 특정 모드를 결정하고, 수신 데이터 전송을 추정하는데 필요하다. 채널 추정은 일반적으로 수신기에 의해 선험적으로 알려진 파일럿 심볼을 전송함으로써 수행된다. 그리고 나서, 수신기는 알려진 파일럿 심볼들에 대한 수신 파일럿 심볼의 비율로서 채널 이득을 추정할 수 있다.
파일럿 전송에 기반하여 획득되는 채널 추정들은 일반적으로 잡음 및 간섭에 의해 손상을 받는다. 이러한 잡음은 무선 채널, 수신기 전자장치 등에 의해 발생할 수 있다. 일반적으로 잡음 손상은 특정 요구 품질의 채널 추정들이 수신기에 의해 획득될 수 있도록 파일럿 신호를 적절하게 설계하고, 충분한 시간 주기 동안 파일럿 신호를 전송함으로써 해결될 수 있다.
다중 안테나 시스템에 있어서, 간섭은 모든 T개의 송신 안테나들로부터 동시에 파일럿 신호를 전송하기 때문에 발생할 수 있다. 이는 각각의 안테나로부터 전송되는 파일럿 신호가 다른 안테나들로부터 전송되는 파일럿 신호에 대해 간섭으로 작용하기 때문이다.
동일한 간섭 현상이 T개의 송신 안테나들이 데이터 전송을 위해 사용되는 경우에도 발생한다. 특히, 동일한 신호가 다수의 안테나로부터 간섭을 처리함이 없이 리던던트하게 전송되는 경우, 채널 상태 및 수신기의 위치에 따라 신호 소거가 수신기에서 발생할 수 있다. 결과적으로, 보다 큰 처리율 및/또는 신뢰도는 다수의 안테나로부터의 동시 데이터 전송에 의해 달성되지 않을 수도 있다.
따라서, 다중 안테나 통신 시스템에서 이러한 간섭을 효과적으로 처리할 수 있는 전송 방식에 대한 필요성이 존재한다.
다중 캐리어 변조를 사용하는 다중 안테나 통신 시스템에서 파일럿 및 데이터 전송을 위한 방식이 본 명세서에서 제시된다. 일 양상에서, 서브밴드 멀티플렉싱이 다수의 안테나로부터 동시에 다수의 신호들을 전송함으로써 기인하는 간섭을 방지하기 위해서 사용된다. 서브밴드 멀티플렉싱을 통해, 다중 캐리어 변조(예를 들면, OFDM)에 의해 제공되는 M개의 가용 서브밴드들이 초기에 배열되어 다수의 서브밴드들 그룹들을 형성하고, 각각의 그룹은 상이한 가용 서브밴드 서브세트를 포함한다. 이러한 서브밴드들 그룹은 하기한 바와 같이 다양한 방식으로 형성될 수 있다. T개의 송신 안테나들 각각에는 파일럿 전송을 위한 하나 이상의 서브밴드들 그룹 및 일반적으로 데이터 전송을 위한 하나의 서브밴드들 그룹이 할당된다. 파일럿 전송을 위해 사용되는 서브밴드들 그룹들은 데이터 전송을 위해 사용되는 서브밴드들 그룹과 동일하거나 또는 다를 수 있다. 파일럿 및 데이터는 파일럿 및 데이터 전송을 위해 그 안테나에 할당된 서브밴드들 상에서 각각의 안테나로부터 전송될 수 있다. 서브밴드 멀티플렉싱을 통해, 파일럿 및/또는 데이터는 간섭을 야기함이 없이 모든 가용 서브밴드들 상에서 모든 T개의 안테나들로부터 동시에 전송될 수 있다.
다른 기술들이 파일럿 및 데이터 전송을 위한 성능을 개선하기 위해서 사용될 수 있다. 예를 들어, 각각의 송신 안테나에 있어서, 안테나에 할당된 각각의 서브밴드에 대한 송신 전력은 모든 또는 그 안테나에 가용한 총 송신 전력만큼이 송신을 위해 사용될 수 있도록 보다 높게 스케일링(scaling) 될 수 있다. 다수의 심볼 주기들 상에서 발생하는 파일럿 전송을 위해서, T개의 송신 안테나들에 할당된 서브밴드들이 치환(permutation)될 수 있다. 서브밴드 치환은 보다 많은 서브밴드들이 각각의 안테나에 의해 사용될 수 있도록 하여주고, 개선된 채널 추정이 간섭을 방지하면서 획득될 수 있다.
본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들이 하기에서 상술될 것이다.
본 발명의 특징 및 장점은 하기 도면을 참조로 하여 실시예를 통해 상술될 것이다.
도 1a는 OFDM 서브밴드 구조를 보여주는 도이다.
도 1b는 서브밴드 멀티플렉싱을 지원하는 서브밴드 구조를 보여주는 도이다.
도 2a는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하는 T개의 안테나들로부터의 예시적인 파일럿/데이터 전송을 보여주는 도이다.
도 2b는 서브밴드 멀티플렉싱 및 서브밴드 치환을 사용하는 T개의 안테나들로부터의 예시적인 파일럿 전송을 보여주는 도이다.
도 3a는 서브밴드 멀티플렉싱 및 송신 다이버시티를 사용하는 T개의 안테나들로부터의 예시적인 데이터 전송을 보여주는 도이다.
도 3b는 송신 다이버시티를 위한 상이한 안테나 쌍들 및 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하여 T개의 안테나들로부터의 예시적인 데이터 송신을 보여주는 도이다.
도 3c는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하는 W개의 안테나 그룹들로부터의 예시적인 데이터 전송을 보여주는 도이다.
도 4는 파일럿 및/또는 데이터를 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하여 전송하는 처리과정에 대한 흐름도이다.
도 5는 하나의 송신기 유닛 및 2개의 수신기 유닛들의 블록도이다.
도 6은 공간-시간 송신 다이버시티(STTD) 방식을 구현하는 송신(TX) 공간 프 로세서의 블록도이다.
도 7a는 월시-STTD 방식을 구현하는 TX 공간 프로세서의 블록도이다.
도 7b는 월시-STTD 인코더의 블록도이다.
도 8은 OFDM 변조기의 블록도이다.
본 명세서에서 "예시적인" 이라는 어구의 의미는 "예로써 제시되는"이라는 의미이다. 여기서 제시되는 "예시적인"으로 기술되는 실시예 또는 설계방식은 반드시 다른 실시예 또는 설계방식에 비해 선호되거나 또는 유익한 것으로 해석될 필요는 없다.
여기서 제시되는 파일럿 및 데이터 전송 방식은 다양한 안테나 통신 시스템들 및 다양한 멀티-캐리어 변조 기술들에서 사용될 수 있다. 명확성을 위해서, 이러한 송신 방식들은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용하는 다중 캐리어 시스템에 대해서 기술된다.
도 1a는 다중 안테나 통신 시스템에서 사용될 수 있는 OFDM 서브밴드 구조(100)를 보여주는 도이다. 본 시스템은 W MHz의 전체 시스템 대역폭을 가지며, 이러한 시스템 대역폭은 OFDM을 사용하여 N개의 직교 서브밴드들로 분할된다. 일반적인 OFDM 시스템에서, N개의 총 서브밴드들 중에서 단지 M개의 서브밴드들만이 파일럿 및 데이터 전송을 위해 사용된다(여기서 M〈 N). 나머지 N-M개의 서브밴드들은 파일럿/데이터 전송을 위해 사용되지 않고 시스템이 스펙트럼 마스크 요구조건들을 만족시키기 위해서 가드(guard) 서브밴드들로서 제공된다. M개의 가용 서브 밴드들은 서브밴드들 F ~ F+M-1을 포함하며, 여기서 F는 M개의 가용 서브밴드들이 동작 밴드의 중앙에 위치될 수 있도록 선택되는 정수이다.
OFDM에 있어서, 각각의 가용 서브밴드에서 전송될 데이터 또는 파일럿은 먼저 특정 변조 방식을 사용하여 변조된다(즉, 변조 심볼들에 매핑됨). 제로 신호 값이 N-M개의 사용되지 않은 서브밴드들 각각에 대해 제공된다. 각각의 OFDM 심볼 주기에 있어서, N개의 총 서브밴드들에 대한 N개의 심볼들(예를 들면, M개의 변조 심볼들 및 N-M개의 제로들)은 N개의 시간-영역 샘플들로 구성되는 "변환된" 심볼들을 획득하기 위해서 역 고속 푸리에 변환(IFFT)을 사용하여 시간 영역으로 변환된다. 주파수 선택적 페이딩에 의해 야기되는 심볼간 간섭(ISI)을 방지하기 위해서, 각각의 변환된 심볼의 일부는 반복되어 N+C 샘플들로 구성되는 대응하는 OFDM 심볼을 형성하고, 여기서 C는 반복되는 샘플들의 수이다. 반복되는 부분은 종종 사이클릭 프리픽스(cyclic prefix)로서 지칭된다. 그리고 나서 OFDM 심볼은 무선 채널 상에서 전송된다. 예시적인 방식에서, 심볼 대역폭(W)은 20MHz이고, 총 서브밴드의 수(N)는 256이며, 가용 서브밴드들의 수(M)는 224이며, 각각의 변환된 심볼의 지속시간(duration)은 12.8㎲이다. OFDM 심볼 주기(또는 간단히, 심볼 주기)는 OFDM 심볼의 지속시간에 대응된다.
상술한 바와 같이, 서브밴드 멀티플렉싱은 다수의 안테나로부터 동시에 다수의 신호들을 전송하는데서 기인하는 간섭을 방지하기 위해서 사용된다. 서브밴드 멀티플렉싱에 의해, 간섭을 피하도록 "흩어진(disjoint)"(흩어짐에 대해서는 후술한다) 서브밴드들 그룹들을 통해 T개의 안테나로부터 동시에 파일럿 및/또는 데이터가 전송된다. 서브밴드 멀티플렉싱에 의해 다수의 파일럿 및 데이터 전송 방식이 정의될 수 있다. 이러한 전송 방식의 일부는 하기에 설명한다.
도 1b는 서브밴드 멀티플렉싱을 지원하는 서브밴드 구조(150)를 나타낸다. 이 실시예에서, M개의 가용 서브밴드는 처음에 S개의 개별 세트로 분할되며, 각 세트는 T개의 연속적인 서브밴드를 포함하며, T·S ≤ M이다. 각 세트에서 T개의 서브밴드는 각 세트의 제 i 서브밴드가 제 i 그룹에 할당되도록 T개의 그룹에 할당된다. 이 서브밴드 할당 방식에 의해, 각 그룹의 S개의 서브밴드는 M개의 가용 서브밴드에 걸쳐 균일하게 분배되고, 그룹 내의 연속적인 서브밴드들은 T개의 서브밴드만큼 이격된다. T개의 서브밴드들 그룹은 파일럿/데이터 전송을 위한 T개의 송신 안테나에 할당될 수 있다.
일반적으로, M개의 가용 서브밴드는 여러 가지 방식으로 T개의 그룹에 할당될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. T개의 그룹은 동일한 또는 서로 다른 개수의 서브밴드를 포함할 수 있다. 더욱이, 각 그룹의 서브밴드들은 M개의 가용 서브밴드에 걸쳐 균일하게 또는 불균일하게 분배된다. 유일한 필요조건은 T개의 서브밴드들 그룹이 서로 흩어져 간섭을 피한다는 점이다. 간결성을 위해, 다음 설명은 T개의 서브밴드들 그룹 각각이 S개의 서브밴드를 포함하고, 각 그룹 내 서브밴드들은 균일하게 분배되며 T개의 서브밴드로 이격되며(도 1b에 도시한 바와 같이), T·S = M인 것으로 가정한다.
도 2a는 서브밴드 멀티플렉싱을 이용한 T개의 안테나로부터의 예시적인 파일럿/데이터 전송을 나타낸다. T개의 안테나 각각은 각 서브밴드들 그룹에 할당된다. 도 2a에서 서브밴드들 그룹 1은 안테나 1에 할당되고, 서브밴드들 그룹 2는 안테나 2에 할당되는 등, 서브밴드들 그룹 T는 안테나 T에 할당된다. T개의 서브밴드들 그룹들은 도 1b에 대해 상술한 바와 같이 형성될 수 있다. 각각의 그룹은 어두운 박스로 나타낸 S개의 서브밴드를 포함한다. 각 안테나로부터의 파일럿/데이터 전송은 그 안테나에 할당된 서브밴드에서만 일어난다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 파일럿/데이터가 안테나에 할당된 서브밴드에 대해서만 각 안테나로부터 전송되면, T개의 안테나로부터의 전송들 사이에 간섭이 없을 것이다. 이는 서브밴드들이 서로 직교하기 때문이며, 각각의 서브밴드는 기껏해야 하나의 전송용 안테나에 의해 사용된다. 따라서 T개의 전송이 T개의 안테나로부터 동시에 전달되더라도 간섭이 방지된다.
일반적인 무선 통신 시스템에서, 각 안테나는 그 안테나로부터의 파일럿/데이터 전송에 사용될 수 있는 최대 송신 전력인 총 송신 전력(P ant )과 관련될 수 있다. 이 P ant 는 안테나용 전력 증폭기의 피크 출력, 강제 규제 및/또는 어떤 다른 요건들에 의해 지시될 수 있다. 각 안테나로부터의 파일럿/데이터 전송에 모든 또는 가능한 한 많은 총 송신 전력을 이용함으로써 개선된 성능이 달성될 수 있다. 특히, M개의 가용 서브밴드 중 S개만이 각 안테나에 할당되기 때문에(간결성을 위해 S=M/T), 각 안테나에 할당된 S개의 서브밴드 각각에 대한 송신 전력은 T 인자에 의해 증가할 수 있다. 이는 각 안테나의 S개의 서브밴드 각각에 대해 더 높은 수신 신호-대-잡음비(SNR)가 달성될 수 있게 한다.
제 1 파일럿 전송 방식에서, 파일럿은 서브밴드 멀티플렉싱을 이용하여 T개의 안테나로부터 동시에 전송된다. 서브밴드들 그룹은 각 그룹 내 서브밴드 수가 시스템의 예상되는 최대 지연 확산보다 크도록 형성된다. 소정의 수신기에 대한 지연 확산은 송신기에 의해 전송된 신호에 대한 수신기에서의 최초 및 최후 도착 신호간의 차이다. 시스템의 지연 확산(L)은 시스템 내 모든 수신기에 대해 예상되는 최악의 경우의 지연 확산이며, 이는 시스템의 커버리지 영역에 걸쳐 흩어질 수 있다. ISI와 효과적으로 경합하기 위해, 사이클릭 프리픽스는 시스템의 지연 확산보다 길어야 한다(즉, C > L, 지연 확산(L)은 샘플 주기 단위로 주어진다). 각 그룹 내 서브밴드 수는 사이클릭 프리픽스에 대한 샘플 수보다 크거나 같게 선택될 수 있다(즉, S ≥ C).
M개의 서브밴드들의 서브세트 상의 파일럿 전송에 기반한 모든 M개의 가용 서브밴드에 대한 채널 추정의 유도는 "OFDM 통신 시스템의 채널 추정"이라는 명칭으로 2003년 1월 10일에 출원된 미국 특허 출원 [대리인 명부 020718호], 및 "무선 통신 시스템에 대한 감소된 복잡도 채널 추정"이라는 명칭으로 2002년 11월 19일에 출원된 미국 가특허 출원 60/427,896호에서 상세히 설명되고, 둘 다 본 출원인의 양수인에게 양도되었으며 본원에 참조로 포함된다.
개선된 성능을 위해, T개의 각 안테나에 대해 할당된 서브밴드당 송신 전력은 T 인자에 의해 증가할 수 있다. 각 안테나에 대해, 이는 S개의 할당된 서브밴드 상의 파일럿 전송의 총 에너지가 마치 파일럿 전송에 M개의 가용 서브밴드가 모두 사용된 것과 같아지게 한다. 서브밴드당 더 높은 송신 전력은 수신기가 더 높 은 품질의 채널 추정을 얻을 수 있게 한다.
각 안테나에 할당된 서브밴드 수가 시스템의 지연 확산보다 크거나 같으면(즉, S ≥ L), 안테나에 대한 모든 M개의 가용 서브밴드의 채널 이득은 안테나에 할당된 단지 S개의 서브밴드에서의 파일럿 전송을 근거로 추정될 수 있다. 더욱이, 각 안테나에 할당된 S개의 서브밴드 각각에 대한 송신 전력이 T 인자에 의해 증가하면, 단지 S개의 서브밴드 상에서의 파일럿 전송을 근거로 얻어진 채널 추정 품질은 동일한 양의 송신 전력으로 M개의 가용 서브밴드 전부에 관한 파일럿 전송을 근거로 얻어진 채널 추정 품질과 거의 같아지게 된다. 즉, 동일한 총 파일럿 에너지를 유지함으로써, 수신기는 M개의 가용 서브밴드의 단지 서브세트에 관한 파일럿 전송을 근거로 품질 손실이 거의 또는 전혀 없이 M개의 가용 서브밴드 전부에 대한 채널 이득을 추정할 수 있게 된다.
제 1 파일럿 전송 방식은 T개의 모든 안테나가 동시에 파일럿을 전송할 수 있게 한다. 비교되는 품질의 채널 추정을 얻기 위해, T개의 모든 안테나로부터 동시에 M개의 모든 가용 서브밴드 상에서 파일럿을 전송하는 종래의 방식은 제 1 파일럿 방식에 의해 요구되는 것보다 약 T배 더 긴 전송 지속 시간을 필요로 한다. 예를 들어, 종래의 방식을 이용하여 특정 품질의 채널 추정을 얻기 위해 NP·T 파일럿 OFDM 심볼들이 필요하다면, T개의 안테나로 전송되는 NP 파일럿 OFDM 심볼을 근거로 비교되는 품질의 채널 추정이 얻어질 수 있다. 이는 (1) 각 안테나가 사이클릭 프리픽스와 크거나 같은 충분한 개수의 서브밴드에 할당되고, (2) 각 안테나에 사용할 수 있는 총 송신 전력이 할당된 서브밴드 상에서의 파일럿 전송에 사용되도록 전력 스케일링이 사용되는 것으로 가정한다. 전력 스케일링은 상술한 미국 특허 출원 [대리인 명부 020718호]에 개시되어 있다. 따라서 제 1 파일럿 전송 방식은 송신 안테나의 개수인 T까지의 인자에 의해 파일럿 오버헤드를 감소시킬 수 있다.
제 2 파일럿 전송 방식에서, 서브밴드 멀티플렉싱 및 서브밴드 치환을 이용하여 T개의 안테나로부터 동시에 파일럿이 전송된다. 파일럿은 다중 OFDM 심볼 주기로 전송될 필요가 있다. 이는 예를 들어 파일럿이 보다 긴 시간 주기에 걸쳐 평균화되어 상당히 정확한 채널 이득 추정을 얻어야 하는 경우가 된다. 이 경우, 파일럿 전송을 위한 각 안테나에 다수의 서브밴드들 그룹을 할당함으로써 채널 추정에 있어서 부가적인 향상이 얻어질 수 있다.
도 2b는 서브밴드 멀티플렉싱 및 서브밴드 치환을 이용한 T개의 안테나로부터의 예시적인 파일럿 전송을 나타낸다. 이 예에서 파일럿 전송은 2개의 OFDM 심볼 주기에 걸쳐 일어난다. T개의 안테나들의 각각이 2개의 서브밴드들 그룹들에 할당되며(예를 들어, 그룹 i 및 T/2+i가 제 i 안테나에 할당된다), 각 그룹은 어두운 박스들에 의해 도시된 서브밴드들을 포함한다. 각각의 안테나에 할당된 2개의 그룹은 상기 그룹들 내의 서브밴드들이 T/2 서브밴드만큼 이격되도록 선택될 수 있다. 또한, 그룹들은 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 해체된 그룹들이 T개의 안테나들에 의해 파일럿 전송을 위해 사용되도록 T개의 안테나들에 할당된다. 주어진 서브밴드들 그룹은 다수의 안테나에 할당될 수 있지만(예를 들면, 서브밴드들 그룹 1은 안테나들 1 및 T/2+1에 할당될 수 있다), 상기 안테나들은 서로 다른 심볼 주기들 내에서 상기 서브밴드들 그룹들을 사용할 것이다.
도 2b에서, 서브밴드들 그룹 1 및 T/2+1은 안테나 1에 할당되고, 서브밴드들 그룹 2 및 T/2+2는 안테나 2에 할당되며, 그밖에 서브밴드들 그룹 T 및 T/2는 안테나 T에 할당된다. 제 1 OFDM 심볼 주기 동안, 서브밴드들 그룹 T는 안테나 T에 사용된다. 제 2 OFDM 심볼 주기 동안, 서브밴드들 그룹 T/2+1은 안테나 1에 사용되고, 서브밴드들 그룹 T/2+2는 안테나 2에 사용되며, 그밖에 서브밴드들 그룹 T/2은 안테나 T에 사용된다.
T개의 안테나들의 각각에 대한 채널 이득은 그 후에 2개의 서브밴드들 그룹들에서 수신된 파일럿 전송에 기초하여 추정될 수 있다. 서브밴드 치환에 의해, 각각의 안테나에 사용되는 서브밴드들의 전체 개수는 S 대신에 2S이며, 개선된 채널 추정들은 파일럿 전송을 위해 사용되는 다수의 서브밴드들로 인해 모두 M개의 가용 서브밴드들에 대하여 획득될 수 있다.
간결성을 위해, 도 2b는 2개의 OFDM 심볼 주기들에서 발생하는 예시적인 파일럿 전송에 대한 서브밴드 멀티플렉싱 및 치환을 도시한다. 일반적으로, 파일럿 전송은 Q개의 OFDM 심볼 주기에서 발생할 수 있으며, 상기 Q는 1 또는 그 이상의 임의의 정수가 될 수 있다. 각각의 안테나는 그 후에 Q개의 서브밴드들 그룹들로 할당될 수 있고, 각각의 그룹은 S개의 서브밴드들을 포함한다. 각각의 안테나는 T/Q 서브밴드만큼 동일하게 이격될 수 있는 전체 SㆍQ개의 서브밴드들로 할당될 수 있다. 만약 Q≥2이면, 각각의 안테나에 대하여 Q개의 그룹들 각각의 서브밴드들은 다른 Q-1개의 그룹의 서브밴드들과 "인터레이싱"될(interlaced) 수 있다. 상기 인터레이싱은 주어진 안테나에 할당된 각각 Q개의 연속적인 서브밴드들이 상기 안테나에 할당된 Q개의 그룹들에 포함되도록 할 수 있다. 각각의 안테나에 할당된 Q개의 서브밴드들 그룹들은 Q개의 OFDM 심볼 주기들 동안 사용되며, 상기 Q개의 그룹들의 각각은 각각의 심볼 주기 동안 사용될 수 있다. 각각의 심볼 주기 동안, T개의 안테나들은 T개의 흩어진 서브밴드들 그룹을 사용하여 동시에 파일럿을 전송할 수 있다.
도 2a 및 2b에 도시된 전송 방식들은 데이터 전송뿐만 아니라 파일럿 전송에 사용될 수 있다. 그러나 데이터 전송을 위해, M개의 가용 서브밴드들에 대하여 다수의 안테나들로부터(단일 안테나 대신) 데이터를 전송하는 것이 바람직하다. 각각의 서브밴드에 대하여 다수의 안테나를 사용하는 것은 수신기에서 단일 검출의 다이버시티 정도를 증가시킬 수 있는 송신 다이버시티를 제공한다. 송신 다이버시티는 데이터 전송의 신뢰도 및 견고성을 개선하며, 따라서 경로 손실에 대한 에러 전송률을 낮추고 회복성을 증가시킨다.
송신 다이버시티는 다양한 다이버시티 방식들을 사용하여 실행될 수 있다. 상기 다이버시티 방식들의 몇 가지 예들은 공간-시간 송신 다이버시티(STTD) 방식 및 월시-STTD 방식을 포함한다. STTD 방식에 대하여, 단일 데이터 스트림이 처리되어 2개의 안테나들(또는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하는 두 세트의 안테나들)로부터 전송될 수 있는 2개의 심볼 스트림들을 제공할 수 있다. 월시-STTD 방식에 대하여, 단일 데이터 스트림이 처리되어 W개의 안테나들(또는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하는 W 세트의 안테나들)로부터 전송될 수 있는 W개의 심볼 스트림들을 제공하며, 상기 W는 월시-STTD 처리를 위해 사용되는 직교 코드(예를 들면, 월시 코드) 길이의 2배이다. 상기 2개의 다이버시티 방식들은 하기에서 상세히 설명된다.
STTD 방식에 대하여, 만약 다수의 안테나 쌍들이 사용 가능하면, 각각의 안테나 쌍으로부터 동일한 쌍의 심볼 스트림들을 간단히 전송함으로써 수신기에서 신호 소거가 발생할 수 있다. 모든 안테나로부터 중복하여 데이터를 전송한다고 해서 개선된 신뢰도가 획득되지는 않을 것이다.
제 1 데이터 전송 방식에서, 데이터는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하여 안테나 쌍들로부터 동시에 전송된다. 상기 전송 방식은 STTD 방식 및 등가의 다이버시티 방식에 사용될 수 있다. 상기 데이터 전송 방식에 대하여 M개의 가용 서브밴드는 먼저 T/2개의 흩어진 서브밴드들 그룹들을 형성하도록 배열되며, 각각의 가용 서브밴드는 단 하나의 그룹에 할당된다. T/2개의 그룹은 동일하거나 서로 다른 개수의 서브밴드들을 포함할 수 있다. 각각의 그룹 내의 서브밴드들은 M개의 가용 서브밴드들에 균일하거나 불균일하게 분포될 수 있다. 상기 M개의 가용 서브밴드들은 다양한 방식으로 T/2개의 그룹으로 할당될 수 있고, 이는 본 발명의 사상 안에 있다. 하기에서 설명되는 일 실시예에서, 각각의 그룹은 그룹 내의 연속적인 서브밴드들이 T/2개의 서브밴드만큼 이격되도록 균일하게 분포되는 2S개의 서브밴드들을 포함한다. T/2개의 서브밴드들 그룹들은 그 후에 T/2개의 안테나 쌍들로 할당되며, 하나의 서브밴드들 그룹은 각각의 안테나 쌍에 할당된다.
도 3a는 서브밴드 멀티플렉싱 및 송신 다이버시티를 사용하는 T개의 안테나들로부터의 예시적인 데이터 전송을 도시한다. T개의 안테나들은 T/2개의 쌍으로 배치되고, 제 i 쌍은 Ai 및 Bi로 표시되는 2개의 안테나를 포함한다. T/2개의 안테나 쌍들의 각각은 개별 서브밴드들 그룹에 할당되고, 이때 T/2개의 서브밴드들 그룹들은 전술된 것과 같이 형성될 수 있다. 도 3a에서, 서브밴드들 그룹 1은 안테나 A1 및 B1로 구성된 쌍 1로 할당되고, 서브밴드들 그룹 2는 안테나 A2 및 B2로 구성된 쌍 2로 할당되고, 그밖에 서브밴드들 그룹 T/2은 안테나 At 및 Bt로 구성된 쌍 T/2로 할당된다(상기 t=T/2). 데이터는 상기 안테나 쌍에 할당된 서브밴드들을 통해 각각의 안테나 쌍으로부터 전송될 수 있다.
STTD 방식은 한 쌍의 심볼 스트림들을 제공하기 위해 사용될 수 있고, 각각의 안테나 쌍들에 한 쌍의 심볼 서브스트림을 제공하도록 디멀티플렉싱될 수 있다. 따라서, T/2개의 심볼 서브스트림 쌍들이 T/2개의 안테나 쌍들을 위해 STTD 방식에 의해 생성될 수 있다. 각각의 안테나에 대한 심볼 서브스트림은 각각의 OFDM 심볼 주기 동안 상기 안테나에 할당된 각각의 서브밴드들에 대한 하나의 데이터 심볼과 남아있는 서브밴드들의 각각에 대한 제로 신호 값을 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 것과 같이, 안테나 쌍 1에 대한 심볼 서브스트림들의 쌍은 서브밴드들 그룹 1을 통해 전송되고, 안테나 쌍 2에 대한 심볼 서브스트림들의 쌍은 서브밴드들 그룹 2를 통해 전송되며, 그밖에 안테나 쌍 T/2에 대한 심볼 서브스트림들의 쌍은 서브밴드들 그룹 T/2을 통해 전송된다. 상기 T/2개의 심볼 서브스트림들의 쌍들이 T/2개의 안테나 쌍들로부터 동시에 전송되지만, 흩어진 서브밴드들 그룹들을 통해 전송되기 때문에 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 서로 다른 안테나 쌍들로부터의 전송들 간의 유해한 간섭으로 인한 악영향들이 방지된다.
개선된 성능을 위해, 각각의 심볼 서브스트림은 연관된 안테나로부터 상기 안테나에 사용 가능한 총 송신 전력(Pant )으로 전송될 수 있다. M개의 가용 서브밴드들 중 단지 2S개만이 T개의 안테나들 각각에 사용되기 때문에(간략함을 위해 상기 S=M/T), 각각의 안테나에 할당된 2S개의 서브밴드들의 각각에 대한 송신 전력은 T/2의 인자만큼 증가할 수 있다. 이는 더 높은 수신 SNR이 각각의 안테나에 할당된 2S개의 서브밴드들의 각각에 대하여 실행되도록 한다. 각각의 서브밴드에 대하여 더 높은 수신 SNR은 더 높은 데이터 전송률을 지원할 수 있고, 전체 시스템 스루풋을 개선할 수 있다.
도 3a는 M개의 가용 서브밴드들의 T개의 안테나들로의 예시적인 할당을 도시한다. 가용 서브밴드들은 다양한 다른 방식들로 T개의 안테나들로 할당되며, 이는 본 발명의 사상 내에 있다. 예를 들어, 서브밴드들은 서로 다른 안테나 쌍들이 데이터 전송에 사용되도록 안테나에 할당될 수 있다.
도 3b는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하는 T개의 안테나들과 송신 다이버시티를 위한 서로 다른 안테나 쌍들로부터의 예시적인 데이터 전송을 도시한다. 간략함을 위해, 도 3b에 대한 설명은 T=4개의 안테나가 데이터 전송을 위해 사용된다고 가정한다. 6개의 서로 다른 안테나 쌍들은 4개의 안테나와 함께 형성될 수 있고, 상기 안테나 쌍들은 {1,2}, {3,4}, {1,3}, {2,4}, {1,4} 및 {2,3}으로 표시된다.
M개의 가용 서브밴드들은 먼저 M/6개의 세트들로 분할될 수 있고, 각각의 세 트는 6개의 서브밴드들을 포함한다. 각 세트 내의 6개의 서브밴드들은 6개의 서로 다른 안테나 쌍들로 할당될 수 있고, 하나의 서브밴드는 각각의 안테나 쌍으로 할당될 수 있다. 도 3b에서, 각각의 세트 내의 제 1 서브밴드는 안테나 쌍{1,2}에 할당되고, 각각의 세트 내의 제 2 서브밴드는 안테나 쌍{3,4}에 할당되며, 그밖에 각각의 세트 내의 최종 서브밴드는 안테나 쌍{2,3}에 할당된다.
4개의 안테나로부터 전송될 데이터 스트림은 2개의 심볼 스트림들을 획득하기 위해 STTD 방식을 사용하여 처리될 수 있다. 제 1 심볼 스트림은 6개의 쌍들 내의 제 1 또는 좌측 안테나로부터 전송될 수 있고, 제 2 심볼 스트림은 6개의 쌍 내의 제 2 또는 우측 안테나로부터 전송될 수 있다. 제 1 및 제 2 심볼 스트림들은 그 후에 4개의 심볼 서브스트림들을 형성하도록 디멀티플렉싱될 수 있고, 4개의 안테나들 각각에 대하여 하나의 서브스트림이 사용된다. 각각의 심볼 서브스트림은 연관된 안테나에 할당된 서브밴드들의 각각에 대하여 하나의 데이터 심볼 및 할당되지 않은 서브밴드들의 각각에 대하여 제로 신호 값을 포함한다.
4개의 심볼 스트림들은 4개의 안테나로부터 동시에 전송될 수 있다. 그러나 상기 심볼 서브스트림들은 그들이 4개의 "흩어진" 서브밴드들 그룹들을 통해 전송되기 때문에 서로 간섭하지 않는다. 서브밴드들 그룹들은 M개의 가용 서브밴드들 각각이 도 3b에 도시된 것과 같은 단 하나의 안테나 쌍으로 할당되도록 해체된다.
제 2 데이터 전송 방식에서, 데이터는 서브밴드 멀티플렉싱을 사용하여 W개의 안테나 그룹들로부터 전송되며, 상기 W는 1 또는 그 이상의 임의의 정수가 될 수 있다. 상기 전송 방식은 월시-STTD 방식 및 다른 다이버시티 방식들에 사용될 수 있다. 상기 데이터 전송 방식을 위해, M개의 가용 서브밴드들이 먼저 T/W개의 흩어진 서브밴드들 그룹들을 형성하도록 배치되며, 각각의 서브밴드는 단 하나의 그룹에 할당된다. T/W개의 그룹들은 동일하거나 서로 다른 개수의 서브밴드들을 포함할 수 있다. 각 그룹 내의 서브밴드들은 M개의 가용 서브밴드들에 균일하거나 불균일하게 분포될 수 있다. 하기에서 설명되는 일 실시예에서, 각각의 그룹은 상기 그룹 내의 연속적인 서브밴드들이 T/W개의 서브밴드들만큼 이격되도록 균일하게 분포된 SㆍW개의 서브밴드들(상기 S=M/T)을 포함한다. W>1에 대하여, 상기 제 2 전송 방식은 전술된 제 1 전송 방식에서 보다 더 많은 서브밴드들이 각각의 안테나에 할당되도록 한다. 안테나당 더 많은 서브밴드들은 임의의 애플리케이션에 대하여 유리할 수 있다. T/W 서브밴드들 그룹들은 안테나들의 T/W 그룹들에 할당되는데, 하나의 서브밴드들 그룹은 각각의 안테나 그룹에 할당되며, 각각의 안테나 그룹은 W개의 안테나들을 포함한다. 데이터는 안테나에 할당된 서브밴드들을 통해 각각의 안테나로부터 전송될 수 있다.
도 3c는 서브밴드 멀티플렉싱을 이용한 W개의 안테나 그룹들의 예시적인 데이터 전송을 나타낸다. T개의 안테나들이 T/W 그룹들에 배치되며, 제 i 그룹은 Ai, Bi 내지 Wi로 표시되는 W개의 안테나들을 포함한다. 각각의 T/W 안테나 그룹들은 각각의 서브밴드들 그룹에 할당되며, T/W 서브밴드들 그룹들은 위에서 설명된 대로 형성될 수 있다.
단일 데이터 스트림은 W개의 심볼 스트림을 제공하기 위해 월시-STTD 방식을 이용하여 처리될 수 있으며, W는 처리에 사용되는 직교 시퀀스(예를 들어, 월시 시퀀스) 길이의 두 배이다. W개의 심볼 스트림들은 심볼 서브스트림의 T/W 그룹들을 제공하기 위해 디멀티프렉싱될 수 있으며, 각각의 그룹은 W개의 심볼 서브스트림들을 포함한다. T/W 그룹들은 그 후에 집합적으로 T개의 심볼 서브스트림들을 포함한다. 하나의 심볼 서브스트림 그룹은 각각의 안테나 그룹으로 제공되며, 각각의 안테나는 각각의 심볼 서브스트림과 함께 제공된다. 각각의 안테나에 대한 심볼 서브스트림은 각각의 OFDM 심볼 주기 동안, 안테나로 할당된 각각의 서브밴드들에 대한 하나의 데이터 심볼과 각각의 남아있는 서브밴드들에 대한 제로 신호를 포함한다. T개의 심볼 서브스트림들은 T개의 안테나들로부터 동시에 전송된다. 그러나 상기 심볼 서브스트림들은 개별적인 서브밴드들 그룹들을 통해 전송되고, 각각의 서브밴드는 오직 하나의 그룹에 할당되기 때문에, 서로에 대한 간섭이 없게 된다.
도 2a 및 2b와 도 3a 내지 3c는 파일럿 및 데이터 전송에 이용될 수 있는 소정의 예시적인 서브밴드 멀티플렉싱을 나타낸다. 다양한 다른 서브밴드 멀티플렉싱 방식들이 또한 이용될 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들어, 파일럿과 데이터 모두는 하나의 OFDM 심볼 주기 내에 전송될 수 있다. 이러한 경우에, M개의 가용 서브밴드들 중 몇몇은 파일럿 전송을 위해 사용될 수 있으며, 남아있는 가용 서브밴드들은 데이터 전송을 위해 사용될 수 있다. 파일럿 서브밴드들은 예를 들어, 도 2a 또는 도 2b에 도시된 바와 같이, 멀티플렉싱될 수 있다. 데이터 서브밴드들은 도 3a, 도 3b 또는 도 3c에 도시된 바와 같이, 멀티플렉싱될 수 있다.
도 4는 서브밴드 멀티플렉싱을 이용하여 파일럿 및/또는 데이터를 전송하기 위한 프로세스(400)의 실시예에 대한 흐름도를 나타낸다. 처음에, M개의 가용 서브밴드들은 다수의 서브밴드들 그룹들을 형성하기 위해 배치되며, 각각의 그룹은 M개의 가용 서브밴드들에 대한 상이한 서브세트를 포함한다(단계 412). 서브밴드들 그룹들은 위에서 설명된 바와 같이 형성될 수 있다.
T개의 안테나들 각각은 그 후에 파일럿 및 데이터 전송을 위해 하나 또는 가능하면 그 이상의 서브밴드들 그룹들로 할당된다(단계 414). 파일럿 전송을 위해 사용되는 서브밴드들 그룹들은 데이터 전송을 위해 사용되는 서브밴드들 그룹들과 같을 수도 있고 또는 다를 수도 있다. 파일럿 전송에 있어서, 각각의 안테나는 (도 2a에 대하여 위에서 설명된 바와 같이) 상이한 서브밴드들 그룹으로 할당될 수 있다. 대안적으로, 각각의 안테나는 (도 2b에서 설명된 바와 같이) 서브밴드 치환을 위해 둘 이상의 서브밴드들 그룹들로 할당될 수 있다. 데이터 전송에 있어서, 각각의 안테나 쌍은 (도 3a에서 설명된 바와 같이) 상이한 서브밴드들 그룹으로 할당될 수 있고, 각각의 안테나는 (도 3b에서 설명된 바와 같이) 상이한 서브밴드들 그룹으로 할당될 수 있으며, W개의 안테나들의 각각의 그룹은 (도 3c에서 설명된 바와 같이) 상이한 서브밴드들 그룹으로 할당될 수 있다.
전송될 파일럿 및/또는 데이터는 그 후에 처리된다(단계 416). 예를 들어, 데이터는 STTD 인코딩, 월시-STTD 인코딩, 또는 몇몇 다른 타입의 인코딩을 이용하여 처리될 수 있다. T개의 안테나들 각각에 할당된 각각의 서브밴드에서 사용하기 위한 송신 전력의 양이 또한 결정된다(단계 418). 특히, 각각의 할당된 서브밴드에 대한 송신 전력은 M개의 가용 서브밴드들 모두를 통해 전송이 발생하는 경우에 사용되는 평균 전력보다 높도록 스케일링 될 수 있다. 스케일링 인자는 각각의 안테나에 할당된 서브밴드들의 수와 가용 서브밴드들의 수에 의해 좌우된다.
파일럿 및/또는 데이터는 그 후에 다수의 서브밴드들 그룹들을 사용하여 결정된 송신 전력에서 T개의 안테나들로부터 동시에 전송된다(단계 420). 각각의 안테나로부터의 전송은 안테나로 할당된 서브밴드들 그룹(또는 그룹들)만을 통해 발생한다. 파일럿 전송에 있어서, 일반적으로 M개의 가용 서브밴드들 각각에 대하여 임의의 주어진 심볼 주기 동안 T개의 안테나들 중 단지 하나만이 사용된다. 데이터 전송에 있어서, 일반적으로 특정 그룹의 두 개(또는 가능하면 그 이상)의 안테나들이 M개의 가용 서브밴드들 각각을 위해 사용된다.
도 5는 다중-캐리어 변조(예를 들어, OFDM)를 이용하는 다중-안테나 통신 시스템의 전송기 유닛(500)과 두 개의 수신기 유닛(550x, 550y)의 블록도를 나타낸다. 전송기 유닛(500)은 T개의 안테나들을 구비하고, 수신기 유닛(550x)은 한 개의 안테나를 구비하며, 수신기 유닛(550y)은 R개의 안테나들을 구비한다.
전송기 유닛(500)에서, 전송(TX) 데이터 프로세서(510)는 데이터 소스(508)로부터 트래픽 데이터를 수신하고 제어기(530)로부터 다른 데이터를 수신한다. TX 데이터 프로세서(510)는 데이터 심볼들로도 지칭되는, 변조 심볼들을 제공하기 위해 데이터를 코딩, 인터리빙 및 변조한다. TX 공간 프로세서(520)는 파일럿 심볼들과 함께 데이터 심볼들을 수신하여 멀티플렉싱하며(예를 들어, 시분할 멀티플렉싱 또는 서브밴드 멀티플렉싱을 이용하여), 데이터 전송을 위한 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 예를 들어, TX 공간 프로세서(520)는 STTD 방식, 월시-STTD 방식, 또는 몇몇 다른 방식을 구현할 수 있다. TX 공간 프로세서(520)는 T개의 안테나들 각각에 대하여 전송 심볼들의 스트림을 제공한다. (전송 심볼 스트림은 위의 설명에서 심볼 서브스트림으로 언급되어 있다.) 각각의 변조기(MOD;522)는 대응하는 무선 주파수(RF) 변조된 신호를 제공하기 위해 각각의 전송 심볼 스트림을 수신하여 처리한다. T개의 RF 변조된 신호들은 T개의 변조기들(522a 내지 522t)에 의해 생성되고 각각 T개의 안테나들(524a 내지 524t)로부터 전송된다.
각각의 수신기 유닛(550)에서, 전송된 RF 변조된 신호들은 하나 이상의 안테나들(522)에 의해 수신되고, 각각의 안테나는 각각의 복조기(DEMOD;554)로 수신된 신호를 제공한다. 각각의 복조기(554)는 변조기(522)에 의해 수행된 처리와 상보적인 프로세싱을 수행하고 수신된 심볼들을 제공한다. 수신(RX) 공간 프로세서(560)는 그 후에 전송기 유닛에 의해 전송된 데이터 심볼들에 대한 추정치들인, 복원된 심볼들을 제공하기 위해 모든 복조기(554)로부터 수신된 심볼들에 대한 공간 프로세싱을 수행한다. RX 데이터 프로세서(570)는 추가로 디코딩된 데이터를 제공하도록 복원된 심볼들을 프로세싱(예를 들어, 복조, 디인터리빙 및 디코딩)하며, 디코딩된 데이터는 저장을 위해 데이터 싱크(572)로 제공되고 그리고/또는 추가적인 프로세싱을 위해 제어기(580)로 제공될 수 있다. RX 공간 프로세서(560)는 또한 수신된 파일럿에 기반하여 채널 이득들을 추정할 수 있으며 제어기(580)로 (채널 응답 행렬
Figure 112007016056481-pct00001
로 표시되는) 채널 추정치들을 제공할 수 있다.
제어기들(530, 580)은 각각 전송기 유닛과 수신기 유닛 내에 있는 다양한 처리 유닛들의 동작을 제어한다. 메모리 유닛들(532, 582)은 각각 제어기들(530, 580)에 의해 사용된 데이터와 프로그램 코드들을 저장한다.
도 6은 TX 공간 프로세서(520a)의 블록도를 나타내며, TX 공간 프로세서(520a)는 STTD 방식을 구현하고 도 5의 TX 공간 프로세서(520)에 대한 일 실시예이다. TX 데이터 프로세서(510)로부터의 데이터 심볼들 s(n)은 디멀티플렉서(610)로 제공되고, 디멀티플렉서(610)는 데이터 심볼들을 (k∈{1 . . . M}에 대하여 sk,1 (n)과 sk,2 (n)로 표시되는) 2M개의 데이터 심볼 서브스트림들로 디멀티플렉싱하며, M개의 가용 서브밴드들 각각에 대하여 한 쌍의 데이터 심볼 서브스트림들이 배치된다. 각각의 데이터 심볼 서브스트림은 두 개의 OFDM 심볼 주기들 각각의 간격에 대하여 하나의 데이터 심볼을 포함한다. M개의 가용 서브밴드들에 대한 M쌍의 데이터 심볼은 M개의 공간-시간 인코더들(620a 내지 620m)로 제공된다.
각각의 공간-시간 인코더(620)는 관련된 서브밴드들에 대하여 두 개의 공간-시간 인코딩된 심볼 서브스트림들을 제공하기 위해 자신에 대한 데이터 심볼 스트림들 쌍을 수신하여 프로세싱한다. 두 개의 입력 서브스트림들 내에 있는 각 쌍의 데이터 심볼들(예를 들어, s k,1 과 s k,2 )에 대하여, 공간-시간 인코더(620)는 두 개의 벡터들 x k,1 과 x k,2 를 제공하며, 각각의 벡터는 관련된 안테나로부터 두 개의 OFDM 심볼 주기들 내에 순차적으로 전송될 두 개의 공간-시간 인코딩된 심볼들(또는 간단하게, 인코딩된 심볼들)을 포함한다. 특히, 벡터 x k,1 은 하나의 안테나로부터 제 k 서브밴드를 통해 전송되고 x k,2 는 다른 안테나로부터 제 k 서브밴드를 통해 전송된다. 일 실시예에서, 도 6에 나타낸 바와 같이 x k,1 = [sk,1 s*k,2 ] T 및 x k,2 = [sk,2 -s*k,1 ] T 으로서 벡터가 정의된다. 다른 실시예에서는, x k,1 = [sk,1 sk,2 ] T 및 x k,2 = [-s*k,2 -s*k,1 ] T 으로서 벡터가 정의된다. 각 벡터에서 2개의 인코딩된 심볼들은 데이터 심볼과 동일한 크기를 갖지만 위상이 회전될 수 있다. 각각의 공간-시간 인코더(620)는 2개의 멀티플렉서/디멀티플렉서(630a, 630b)에 2개의 인코딩된 심볼 서브스트림을 제공한다.
각각의 멀티플렉서/디멀티플렉서(630)는 M개의 공간-시간 인코더(620a~620m)로부터 파일럿 심볼 및 M개의 인코딩된 심볼 서브스트림을 수신하고, 특정 데이터/파일럿 전송 방식에 기반하여 인코딩된 심볼 및 파일럿 심볼을 멀티플렉싱하며, T/2개의 안테나에 T/2개의 전송 심볼 스트림을 제공한다. 각각의 전송 심볼 스트림은 파일럿 전송 동안의 파일럿 심볼 및 데이터 전송 동안의 인코딩된 심볼을 포함하며, 파일럿 및 인코딩된 심볼들은 상기 스트림을 전송하는데 사용되는 안테나에 할당된 서브밴드를 통해 전송된다.
파일럿 전송시 멀티플렉서/디멀티플렉서(630a, 630b)는 T개의 안테나에 T개의 전송 심볼 스트림을 집합적으로 제공한다. 각각의 전송 심볼 스트림은 관련 안테나에 할당된 서브밴드에 대한 파일럿 심볼 및 할당되지 않은 서브밴드에 대한 제로 신호 값을 포함한다. 도 2a에 나타낸 전송 방식에 대해, 스트림 xA1 (n)은 그룹 1의 서브밴드에 대한 파일럿 심볼을 포함하고, 스트림 xA2 (n)은 그룹 2의 서브밴드에 대한 파일럿 심볼을 포함하는 등, 스트림 xBt (n)은 그룹 T의 서브밴드에 대한 파일럿 심볼을 포함한다.
데이터 전송시 멀티플렉서/디멀티플렉서(630a, 630b)는 T/2개의 안테나에 T/개의 전송 심볼 스트림을 각각 제공하며, 각각의 스트림은 관련 안테나에 할당된 서브밴드에 대한 인코딩된 심볼 및 할당되지 않은 서브밴드에 대한 제로 신호 값을 포함한다. 도 3a에 나타낸 전송 방식에 대해, 스트림 xA1 (n) 및 xB1 (n)은 그룹 1의 서브밴드에 대한 인코딩된 심볼을 포함하고, 스트림 xA2 (n) 및 xB2 (n)은 그룹 2의 서브밴드에 대한 인코딩된 심볼을 포함하는 등, 스트림 xAt (n) 및 xBt (n)은 그룹 T/2의 서브밴드에 대한 인코딩된 심볼을 포함한다.
각각의 변조기(522)는 후술하는 방식으로 각각의 전송 심볼 스트림을 처리하여 관련 안테나에 RF 변조 신호를 제공한다.
STTD 방식은 선택된 통신 분야에 관한 IEEE 저널(Vol. 16, No. 8, 1998년 10월, 1451-1458쪽)의 "무선 통신을 위한 간단한 송신 다이버시티 기술"이라는 제목의 논문에서 S.M. Alamouti에 의해 더 상세히 설명되며, 이는 본원에 참조로 포함된다. STTD 방식은 또한 "MIMO OFDM 통신 시스템의 다이버시티 전송 모드"라는 명칭으로, 2002년 6월 24일에 출원된 미국 특허 출원 10/179,439호에 기재되어 있으며, 이는 본 출원인의 양수인에게 양도되었으며, 본원에 참조로 포함된다.
월시-STTD 방식은 (1) 한 쌍의 안테나의 직교성을 달성하기 위한 STTD 및 (2) 다수 쌍의 안테나에 대한 직교성을 달성하기 위한 월시 다이버시티의 조합을 채용한다. 월시-STTD 방식은 2개 이상의 안테나(예를 들어, 4, 6, 8 등)를 구비한 시스템에 사용될 수 있다.
도 7a는 TX 공간 프로세서(520b)의 블록도이며, 이는 월시-STTD 방식을 구현하고 도 5의 TX 공간 프로세서(520)의 다른 실시예이다. 이 실시예에서, 2-칩 월시 시퀀스가 처리에 사용되며, W = 4이다. 데이터 심볼 s(n)이 디멀티플렉서(710)에 제공되며, 디멀티플렉서(710)는 심볼들을 (k∈{1 ... M}에 대해 sk,1 (n) ~ sk,4 (n)으로 나타낸) 4M 데이터 심볼 서브스트림으로 디멀티플렉싱하고, M개의 가용 서브밴드 각각에 대해 4개의 서브스트림이 한 세트이다. M개의 가용 서브밴드에 대한 M세트의 데이터 심볼 서브스트림이 M개의 월시-STTD 인코더(720a~720m)에 제공된다.
각각의 월시-STTD 인코더(720)는 4개의 데이터 심볼 서브스트림 세트(sk,1 (n) ~ sk,4 (n))를 수신하여 처리하고, 4개의 월시-STTD 인코딩된 심볼 서브스트림(zk,1 (n) ~ zk,4 (n))을 4개의 멀티플렉서/디멀티플렉서(730a~730d)에 제공한다. 인코더(720)에 의한 처리는 후술한다. 각각의 멀티플렉서/디멀티플렉서(730)는 M개의 월시-STTD 인코더(720a~720d)로부터 파일럿 심볼 및 M개의 인코딩된 심볼 서브스트림을 수신하고, 특정 데이터/파일럿 전송 방식에 기반하여 인코딩된 심볼 및 파일럿 심볼을 멀티플렉싱하며, T/4개의 안테나에 T/4개의 전송 심볼 스트림을 제공한다. 각각의 전송 심볼 스트림은 그 스트림을 전송하는데 사용되는 안테나에 할당된 서브밴드에 대한 파일럿/인코딩 심볼을 포함한다.
도 7b는 월시-STTD 인코더(720x)의 블록도를 나타내며, 이는 도 7a의 각각의 인코더(720a~720m)에 사용될 수 있다. 월시-STTD 인코더(720x) 내에서 공간-시간 인코더(722a)는 제 1 데이터 심볼 서브스트림 쌍(sk,1 , sk,2 )을 수신하고, 공간-시간 인코더(722b)는 제 2 데이터 심볼 서브스트림 쌍(sk,3 , sk,4 )을 수신한다. 제 1 쌍의 2개의 서브스트림에서 각각의 데이터 심볼 쌍에 대해, 공간-시간 인코더(722a)는 곱셈기(724a, 724b)에 두 벡터 x k,1 = [sk,1 s*k,2 ] T 및 x k,2 = [sk,2 -s*k,1 ] T 를 각각 제공한다. 마찬가지로, 제 2 쌍의 2개의 서브스트림에서 각각의 데이터 심볼 쌍에 대해, 공간-시간 인코더(722b)는 곱셈기(724c, 724d)에 두 벡터 x k,3 = [sk,3 sk,4 ] T 및 x k,4 = [sk,4 -s*k,3 ] T 를 각각 제공한다.
또한, 곱셈기(724a, 724b)는 각각 제 1 2-칩 월시 시퀀스 W1 2 = [0 1]을 수신하고, 곱셈기(724c, 724d)는 각각 제 2 2-칩 월시 시퀀스 W2 2 = [0 1]을 수신한다. 각각의 곱셈기(724)는 자신의 벡터 x k,i 의 각각의 심볼을 월시 시퀀스와 곱하여, 두 연속하는 OFDM 심볼 주기로 연속하여 전송될 2개의 월시-STTD 인코딩된 심볼을 관련 안테나의 제 k 서브밴드 상에 제공한다. 4개의 곱셈기(724a~724d)는 멀티플렉서/디멀티플렉서(730a~730d)에 각각 4개의 인코딩된 심볼 서브스트림을 제공한다.
월시-STTD 방식은 한 쌍의 데이터 심볼 서브스트림(sk,1 , sk,2 )만이 각각의 월시-STTD 인코더(720)에 제공되고 처리되어 4개의 인코딩된 데이터 서브스트림(zk,1 (n) ~ zk,4 (n))을 제공하도록 구현될 수 있다. 이는 낮은 데이터 전송률을 희생하여 더 큰 다이버시티를 달성하는데 사용될 수 있다. 월시-STTD 방식은 상술한 미국 특허 출원 10/179,439호에 더 상세히 기재되어 있다.
도 8은 OFDM 변조기(522x)의 실시예의 블록도를 나타내며, 이는 도 5의 T개의 변조기(522a~522t) 각각에 사용될 수 있다. OFDM 변조기(522x) 내에서 고속 푸리에 역변환(IFFT) 유닛(812)은 제 i 안테나에 대한 전송 심볼(x i (n))을 수신하고, N-점 고속 푸리에 역변환을 이용하여 각각의 N 전송 심볼 시퀀스를 시간-영역 변환 심볼로 변환하며, N은 총 서브밴드 수에 대응한다. 각각의 N 전송 심볼 시퀀스는 제 i 안테나에 할당된 서브밴드에 대한 데이터/파일럿 심볼 및 할당되지 않은 서브밴드에 대한 제로 신호 값을 포함한다. 각각의 변환된 심볼은 N개의 시간-영역 샘플을 포함한다. 각각의 변환된 심볼에 대해 사이클릭 프리픽스 생성기(814)는 변환된 심볼의 일부(또는 C 샘플)를 반복하여 N+C 샘플로 구성된 대응 OFDM 심볼을 형성한다. 송신기(TMTR;816)는 생성기(814)로부터 OFDM 심볼 스트림을 수신하여 하나 이상의 아날로그 신호로 변환하고, 또한 아날로그 신호(들)을 증폭, 필터링 및 주파수 변환하여 제 i 안테나에 대한 RF 변조 신호를 생성한다.
본원에 개시된 파일럿 및 데이터 전송 방식은 각종 수단에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 이러한 기술들은 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현을 위해, 송신기 및 수신기 유닛의 처리를 수행하는데 사용되는 엘리먼트들은 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC), 디지털 신호 프로세서(DSP), 디지털 신호 처리 장치(DSPD), 프로그래밍 가능 로직 디바이스(PLD), 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로컨트롤러, 마이크로프로세서, 본원에 개시된 기능들을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛, 또는 이들의 조합 내에 구현될 수 있다.
소프트웨어 구현을 위해, 본원에 개시된 전송 방식을 위한 송신기 및 수신기 유닛에서의 처리는 본원에 개시된 기능들을 수행하는 모듈(예를 들어, 프로시져, 기능 등) 내에 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛(예를 들어 도 5의 메모리 유닛(532, 582)에 저장될 수 있으며, 프로세서(예를 들어 제어기(530, 580)에 의해 실행된다. 메모리 유닛은 프로세서 내부 또는 외부에 구현될 수 있으며, 이 경우 이들은 당업계에 공지된 각종 수단에 의해 프로세서와 통신하도록 결합할 수 있다.
개시된 실시예들의 상기한 설명은 당업자들이 본 발명을 구성 또는 이용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시예에 대한 다양한 변형들이 당업자에게 쉽게 명백하며, 본원에 정의된 일반 원리들은 본 발명의 진의 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 본원에 나타낸 실시예들에 한정되는 것이 아니라 본원에 개시된 원리 및 새로운 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 따른다.

Claims (32)

  1. 다중-안테나 통신 장치로부터 전송하기 위한 방법으로서,
    다수의 서브밴드들을 갖는 다수의 서브밴드들 그룹들을 형성하는 단계 - 상기 다수의 그룹들 각각은 상기 다수의 서브밴드들의 상이한 서브세트를 포함함 -;
    다수의 안테나들 각각에 상기 다수의 그룹들 중 상이한 그룹을 할당하는 단계; 및
    상기 다수의 서브밴드들 그룹들을 사용하여 상기 다수의 안테나들로부터 동시에 전송하는 단계 - 상기 각각의 안테나로부터의 전송은 상기 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹을 통해 이루어짐 - 를 포함하며,
    각각의 안테나에 대하여, 상기 안테나에 할당된 그룹에 있는 각각의 서브밴드에 사용되는 송신 전력은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 총 송신 전력을 분배함으로써 획득된 평균 전력보다 높게 스케일링 되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 안테나로부터 상기 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹을 통해 파일럿이 전송되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 동일한 수의 서브밴드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각에 있는 서브밴드들은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 다중-안테나 통신 장치는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 적어도 2개의 개별(disjoint) 서브밴드들을 포함하는 전송 방법.
  7. 다중-안테나 통신 장치로부터 데이터를 전송하기 위한 방법으로서,
    다수의 서브밴드들을 갖는 다수의 서브밴드들 그룹들을 형성하는 단계 - 상기 다수의 그룹들 각각은 상기 다수의 서브밴드들의 상이한 서브세트를 포함함 -;
    다수의 안테나들 각각에 상기 다수의 그룹들 중 하나를 할당하는 단계; 및
    상기 다수의 서브밴드들 그룹들을 사용하여 상기 다수의 안테나들로부터 데이터를 동시에 전송하는 단계를 포함하며, 상기 데이터는 각각의 안테나로부터 상기 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹을 통해 전송되며, 상기 데이터는 적어도 두 개의 안테나들의 특정 그룹에 의하여 상기 다수의 서브밴드들 각각을 통해 전송되며,
    각각의 안테나에 대하여, 상기 안테나에 할당된 그룹에 있는 각각의 서브밴드에 사용되는 송신 전력은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 총 송신 전력을 분배함으로써 획득된 평균 전력보다 높게 스케일링 되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 동일한 수의 서브밴드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각에 있는 서브밴드들은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 안테나들 각각에는 상기 다수의 그룹들 중 상이한 그룹이 할당되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 안테나들에서 각각의 안테나 쌍에는 상기 다수의 그룹들 중 상이한 그룹이 할당되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  12. 제 7 항에 있어서, 상기 데이터는 두 개의 안테나들의 특정 그룹에 의하여 상기 다수의 서브밴드들 각각을 통해 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    두 개의 심볼 스트림들을 제공하도록 공간-시간 송신 다이버시티(STTD) 인코딩을 사용하여 데이터를 처리하는 단계; 및
    다수의 심볼 서브스트림들을 제공하도록 상기 두 개의 심볼 스트림들을 디멀티플렉싱하는 단계를 더 포함하며, 상기 다수의 안테나들 각각에 대하여 하나의 서브스트림이 할당되며, 상기 디멀티플렉싱은 각각의 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹에 기초하여 수행되며, 상기 각각의 심볼 서브스트림은 관련된 안테나로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    W개의 심볼 스트림들을 제공하도록 월시 공간-시간 송신 다이버시티(STTD) 인코딩을 사용하여 데이터를 처리하는 단계 - 상기 W는 2 보다 큼 -; 및
    다수의 심볼 서브스트림들을 제공하도록 상기 W개의 심볼 스트림들을 디멀티플렉싱하는 단계를 더 포함하며, 상기 다수의 안테나들 각각에 대하여 하나의 서브스트림이 할당되며, 상기 디멀티플렉싱은 각각의 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹에 기초하여 수행되며, 상기 각각의 심볼 서브스트림은 관련된 안테나로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  15. 제 7 항에 있어서, 상기 다중-안테나 통신 장치는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 이용하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송 방법.
  16. 제7항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 적어도 2개의 개별(disjoint) 서브밴드들을 포함하는 데이터 전송 방법.
  17. 다중-안테나 통신 시스템에서 사용되는 장치로서,
    다수의 안테나들 각각에 다수의 서브밴드들 그룹들 중 적어도 하나를 할당하기 위한 수단 - 상기 다수의 서브밴드들 그룹들은 다수의 서브밴드들로부터 형성되고, 상기 다수의 그룹들 각각은 상기 다수의 서브밴드들의 상이한 서브세트를 포함함 -; 및
    상기 다수의 서브밴드들 그룹들을 사용하여 상기 다수의 안테나들로부터 동시에 전송하기 위한 수단을 포함하며, 각각의 안테나로부터의 전송은 상기 다수의 안테나들 사이의 간섭을 방지하는 방식으로 상기 안테나에 할당된 적어도 하나의 서브밴드들 그룹을 통해 이루어지며,
    각각의 안테나에 대하여, 상기 안테나에 할당된 그룹에 있는 각각의 서브밴드에 사용되는 송신 전력은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 총 송신 전력을 분배함으로써 획득된 평균 전력보다 높게 스케일링 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 다수의 안테나들 각각에는 상기 다수의 그룹들 중 상이한 그룹이 할당되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 다수의 안테나들 각각에는 상기 다수의 그룹들 중 적어도 두 개의 그룹들이 할당되며, 상기 적어도 두 개의 그룹들 각각은 상이한 심볼 주기 동안 사용되는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 17 항에 있어서, 각각의 심볼 주기 동안, 상기 다수의 서브밴드들 각각에 대한 전송은 상기 다수의 안테나들 중 하나로부터 발생하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제17항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 적어도 2개의 개별(disjoint) 서브밴드들을 포함하는 장치.
  22. 다중-안테나 장치로부터 전송하기 위한 방법으로서,
    다수의 안테나들 각각에 다수의 서브밴드들 그룹들 중 상이한 서브밴드들 그룹을 할당하는 단계 - 여기서, 상기 다수의 그룹들의 각 그룹은 다수의 서브밴드들의 상이한 서브세트에 의해 형성됨 - ; 및
    상기 상이한 서브밴드들 그룹을 사용하여 상기 다수의 안테나들로부터 전송하는 단계를 포함하며,
    각 안테나에 할당된 그룹에 있는 적어도 하나의 서브밴드에 사용되는 송신 전력은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 총 송신 전력을 분배함으로써 획득된 평균 전력보다 높게 스케일링 되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 각각의 안테나로부터 상기 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹 중 적어도 하나의 서브밴드를 통해 파일럿이 전송되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 동일한 수의 서브밴드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각에 있는 서브밴드들은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  26. 제 22 항에 있어서, 상기 다중-안테나 통신 장치는 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)을 사용하는 것을 특징으로 하는 전송 방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 적어도 2개의 개별(disjoint) 서브밴드들을 포함하는 전송 방법.
  28. 메모리; 및
    상기 메모리에 연결되며,
    다수의 안테나들 각각에 다수의 서브밴드들 그룹들 중 상이한 서브밴드들 그룹을 할당할 수 있으며 - 여기서, 상기 다수의 그룹들의 각 그룹은 다수의 서브밴드들의 상이한 서브세트에 의해 형성됨 -; 그리고
    각 안테나에 할당된 각 그룹에 있는 적어도 하나의 서브밴드에 대한 송신 전력이 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 총 송신 전력을 분배함으로써 획득된 평균 전력보다 높게 스케일링되도록 설정할 수 있는 프로세서를 포함하는, 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 프로세서는 각각의 안테나로부터 상기 안테나에 할당된 서브밴드들 그룹 중 적어도 하나의 서브밴드를 통해 전송될 파일럿을 할당하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 동일한 수의 서브밴드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 28 항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각에 있는 서브밴드들은 상기 다수의 서브밴드들 전반에 걸쳐 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 다수의 그룹들 각각은 적어도 2개의 개별(disjoint) 서브밴드들을 포함하는 장치.
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