KR100887199B1

KR100887199B1 - Ｍｉｍｏ 통신 시스템에서 송신 다이버시티를 스티어링하기위한 공간 필터 매트릭스의 효율적인 계산

Info

Publication number: KR100887199B1
Application number: KR1020077002436A
Authority: KR
Inventors: 마크 에스 월리스; 제이 로드니 왈턴; 스티븐 제이 하워드
Original assignee: 퀄컴 인코포레이티드
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2009-03-06
Also published as: TWI451710B; AU2005260035A1; JP6219334B2; CA2727876C; TW200635256A; JP4833969B2; BRPI0512808B1; EP1766807B1; CA2572591A1; IL180340A0; RU2363101C2; ES2427934T3; AU2005260035B2; JP2011188507A; TW201210227A; US7110463B2; CN101010890A; CA2727876A1; BRPI0512808A; RU2007103348A

Abstract

공간 필터 매트릭스를 효과적으로 계산하는 기술이 설명된다. 채널이 소신 스판의 범위에 걸쳐 비교적 정적이면, MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스는 높게 상관될 수도 있다. 이러한 경우, 초기의 공간 필터 매트릭스는 하나의 채널 응답 매트릭스에 기초하여 유도될 수도 있고, 각각의 송신 스판에 대한 공간 필터 매트릭스는 초기의 공간 필터 매트릭스 및 그러한 송신 스판에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스에 기초하여 계산될 수도 있다. MIMO 채널이 정적이지 않지만 갑자기 변하지도 않으면, 채널 응답 매트릭스는 부분 상관될 수도 있다. 이러한 경우, 공간 필터 매트릭스는 하나의 송신 스판에 대해 유도될 수도 있고, 또 다른 송신 스판 m에 대해 초기의 공간 필터 매트릭스를 유도하기 위해 사용될 수도 있다. 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스는, 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여, 예를 들어, 반복적인 절차를 사용하여 계산될 수도 있다.

공간 프로세싱, 공간 필터 매트릭스, 공간 채널, 공간 필터 매트릭스 계산

Description

ＭＩＭＯ 통신 시스템에서 송신 다이버시티를 스티어링하기 위한 공간 필터 매트릭스의 효율적인 계산{EFFICIENT COMPUTATION OF SPATIAL FILTER MATRICES FOR STEERING TRANSMIT DIVERSITY IN A MIMO COMMUNICATION SYSTEM}

배경

기술분야

본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것으로, 더 상세하게는, 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템에서 데이터 송신을 위한 공간 (spatial) 프로세싱에 관한 것이다.

배경기술

MIMO 시스템은 데이터 송신을 위해 송신 엔티티 (entity) 에서 다중 (N_T) 송신 안테나 및 수신 엔티티에서 다중 (N_R) 수신 안테나를 이용한다. N_T개의 송신 안테나 및 N_R개의 수신 안테나에 의해 형성된 MIMO 채널은 N_S개의 공간 채널로 분해될 수도 있으며, 여기서, N_S≤min{N_T, N_R} 이다. N_S개의 공간 채널은, 더 높은 스루풋 (throughput) 을 달성하도록 병렬로 및/또는 더 큰 신뢰도를 달성하도록 리던던트하게 (redundantly) 데이터를 송신하기 위해 사용될 수도 있다.

각각의 공간 채널은, 예를 들어, 페이딩, 다중경로 및 간섭 효과와 같은 다 양한 해로운 채널 조건을 경험할 수도 있다. 또한, N_S개의 공간 채널은 상이한 채널 조건을 경험할 수도 있고, 상이한 신호-대-잡음-및-간섭 비 (SNR) 를 달성할 수도 있다. 각각의 공간 채널의 SNR은, 공간 채널을 통해 신뢰할 수 있게 송신될 수도 있는 특정 데이터 레이트에 의해 통상적으로 양자화되는 그 각각의 공간 채널의 송신 용량을 결정한다. 시간 변화 무선 채널에 있어서, 채널 조건은 시간에 걸쳐 변하고, 각각의 공간 채널의 SNR은 또한 시간에 걸쳐 변한다.

성능을 개선하기 위해, MIMO 시스템은 일부 형식의 피드백을 이용할 수도 있으며, 이에 의해, 수신 엔티티는 공간 채널을 평가하고 각각의 공간 채널의 채널 조건 또는 송신 용량을 포함하는 피드백 정보를 제공한다. 그 후, 송신 엔티티는 그 피드백 정보에 기초하여 각각의 공간 채널을 통한 데이터 송신을 조정할 수도 있다. 그러나, 이러한 피드백 정보는 다양한 원인에 대해 이용가능하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 시스템은 수신 엔티티로부터의 피드백 송신을 지원하지 않을 수도 있거나, 무선 채널은 그 수신 엔티티가 무선 채널을 추정 및/또는 그 피드백 정보를 다시 전송할 수 있는 레이트보다 더 급속하게 변할 수도 있다. 임의의 경우에서, 송신 엔티티가 채널 조건을 알지 못하면, 데이터 송신이 최악의-경우의 채널 조건에서도 수신 엔티티에 의해 신뢰가능하게 디코딩될 수 있도록 낮은 레이트로 데이터를 송신할 필요가 있을 수도 있다. 그러한 시스템의 성능은 기대된 최악의-경우의 채널 조건에 의해 영향받을 것이며, 이는 매우 바람직하지 않다.

(피드백 정보가 이용가능하지 않은 경우) 성능을 개선하기 위해, 후술될 바와 같이, 송신 엔티티는 데이터 송신이 기대된 시간 주기 동안 최악의-경우의 채널 조건을 관측하지 않도록 공간 프로세싱을 수행할 수도 있다. 그 후, 더 높은 데이터 레이트가 데이터 송신을 위해 사용될 수도 있다. 그러나, 이러한 공간 프로세싱은 송신 및 수신 엔티티 양자에 대해 부가적인 복잡도를 나타낸다.

따라서, 당업계에서는 MIMO 시스템에서 성능을 개선하기 위해 공간 프로세싱을 효율적으로 수행하는 기술에 대한 필요성이 존재한다.

요약

수신 엔티티에 의한 공간 프로세싱을 위해 사용되는 공간 필터 매트릭스 (matrix) 를 효율적으로 계산하는 기술이 여기에 개시된다. 후술될 바와 같이, 송신 엔티티는 완전 (full) 채널 상태 정보 ("완전-CSI") 또는 "부분-CSI" 송신 중 하나를 사용하여 MIMO 채널을 통해 데이터를 송신할 수도 있다. 또한, 송신 엔티티는 개선된 성능을 위해 스티어링 송신 다이버시티 (steering transmit diversity; STD) 를 이용할 수도 있다. STD에 의해, 송신 엔티티는, 데이터 송신이 전체 유효한 채널을 관측하고 연장된 시간 주기 동안 "불량한 (bad)" 채널이 실현되지 않도록 상이한 스티어링 매트릭스로 공간 프로세싱을 수행한다. 수신 엔티티는, 완전-CSI 또는 부분-CSI 중 하나에 대해 및 스티어링 송신 다이버시티에 대해 보완적인 수신기 공간 프로세싱을 수행한다. MIMO 채널이 비교적 정적 (static) 이거나 갑자기 변하지 않으면, 수신기 공간 프로세싱을 위해 사용되는 공간 필터 매트릭스는 효율적으로 계산될 수도 있다.

MIMO 채널이 송신 스판 (span) 의 범위 (예를 들어, 심볼 주기 또는 주파수 서브대역의 범위) 에 걸쳐 비교적 정적이면, 이들 송신 스판에 걸친 MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스는 매우 상관될 수도 있다. 이러한 경우, 후술될 바와 같이, 초기의 공간 필터 매트릭스는 채널 응답 매트릭스 및 선택된 수신기 프로세싱 기술에 기초하여 유도될 수도 있다. 그 후, 정적인 범위내의 각각의 송신 스판에 대한 공간 필터 매트릭스는, 그러한 송신 스판을 위해 사용되는 초기의 공간 필터 매트릭스 및 스티어링 매트릭스에 기초하여 계산될 수도 있다.

MIMO 채널이 정적이 아니지만 갑자기 변하지도 않는다면, 상이한 송신 스판에 대한 채널 응답 매트릭스는 부분 상관될 수도 있다. 이러한 경우, 공간 필터 매트릭스

는 소정의 송신 스판

에 대해 유도되고 또 다른 송신 스판 m에 대해 초기의 공간 필터 매트릭스를 유도하기 위해 사용될 수도 있다. 그 후, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

는 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여, 예를 들어, 반복적인 절차를 사용하여 계산될 수도 있다. 동일한 프로세싱이 해당 송신 스판의 범위에 걸쳐 반복될 수도 있으므로, 신규하게 유도된 각각의 공간 필터 매트릭스는 또 다른 송신 스판에 대해 또 다른 공간 필터 매트릭스를 계산하기 위해 사용될 수도 있다.

스티어링 매트릭스는 공간 필터 매트릭스의 계산이 간략화될 수 있도록 정의될 수도 있다. 본 발명의 다양한 양태 및 실시형태가 이하 더 상세하게 설명된다.

도면의 간단한 설명

도 1은 MIMO 시스템의 송신 엔티티 및 수신 엔티티를 도시한다.

도 2는 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 데이터 송신에 대한 모델을 도시한다.

도 3a 및 3b는, 각각, 단일-캐리어 MIMO 시스템 및 멀티-캐리어 MIMO 시스템의 데이터 송신을 도시한다.

도 4 및 5는, 각각, 완전 및 부분 상관된 채널 응답 메트릭스에 대해 공간 필터 매트릭스를 계산하기 위한 프로세스를 도시한다.

도 6은 액세스 포인트 및 사용자 단말기의 블록도를 도시한다.

도 7은 공간 필터 매트릭스 계산에 대한 프로세서의 블록도를 도시한다.

상세한 설명

여기에서 "예시적인" 이라는 용어는 "예, 예시, 또는 예증으로서 제공되는"의 의미로 사용된다. "예시적인" 것으로서 여기에서 설명되는 임의의 실시형태는 다른 실시형태에 비하여 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석할 필요는 없다.

도 1은 MIMO 시스템 (100) 에서 송신 엔티티 (110) 및 수신 엔티티 (150) 의 간단한 블록도를 도시한다. 송신 엔티티 (110) 에서, 송신 (TX) 공간 프로세서 (120) 는 (벡터

에 의해 나타낸) 데이터 심볼에 관해 공간 프로세싱을 수행하여 (벡터

에 의해 나타낸) 송신 심볼을 생성한다. 여기에서 사용된 바 와 같이, "데이터 심볼" 은 데이터에 대한 변조 심볼이고, "파일럿 심볼" 은 (송신 및 수신 엔트리 양자에 의해 사전 (a priori) 에 공지된 데이터인) 파일럿에 대한 변조 심볼이며, "송신 심볼" 은 송신 안테나로부터 전송될 심볼이고, "수신 심볼" 은 수신 안테나로부터 획득된 심볼이며, 변조 심볼은 (예를 들어, M-PSK, M-QAM 등과 같은) 변조 방식에 대해 사용된 신호 배열 (constellation) 에서의 포인트에 대한 복소수 값이다. 공간 프로세싱은 스티어링 매트릭스

및 가능하게는 다른 매트릭스에 기초하여 수행된다. 또한, 송신 심볼은 송신기 유닛 (TMTR; 122) 에 의해 컨디셔닝되어 N_T개의 변조된 신호를 생성하며, 그 신호는 N_T개의 송신 안테나 (124) 로부터 및 MIMO 채널을 통해 송신된다.

수신 엔티티 (150) 에서, 송신되고 변조된 신호는 N_R개의 수신 안테나 (152) 에 의해 수신되고, 그 N_R개의 수신 신호는 수신기 유닛 (RCVR; 154) 에 의해 컨디셔닝되어 (벡터

에 의해 나타낸) 수신 심볼을 획득한다. 그 후, 수신 (RX) 공간 프로세서 (160) 는 (

에 의해 나타낸) 공간 필터 매트릭스로 수신 심볼에 관해 수신기 공간 프로세싱 (또는 공간 매칭된 필터링) 을 수행하여 (벡터

에 의해 나타낸) "검출된" 데이터 심볼을 획득한다. 그 검출된 데이터 심볼은 송신 엔티티 (110) 에 의해 전송된 데이터 심볼의 추정치이다. 송신 및 수신 엔티티에서의 공간 프로세싱이 아래에서 설명된다.

여기에서 설명된 공간 필터 매트릭스 계산 기술은 단일-캐리어 MIMO 시스템 뿐만 아니라 멀티-캐리어 MIMO 시스템에 대해 사용될 수도 있다. 다중 캐리어는, 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 (OFDM), 별개의 멀티 톤 (discrete multi tone; DMT), 일부 다른 멀티-캐리어 변조 기술, 또는 일부 다른 구성으로 획득될 수도 있다. OFDM은 전체 시스템 대역폭을 다중의 (N_F) 직교 서브대역으로 분할하며, 그 직교 서브대역은, 또한, 톤, 서브캐리어, 빈 (bin), 및 주파수 채널로 지칭된다. OFDM에서, 각각의 서브대역은 데이터로 변조될 수도 있는 각각의 서브캐리어와 관련된다.

MIMO 시스템 (100) 에서, 송신 엔티티 (110) 의 N_T개의 송신 안테나 및 수신 엔티티 (150) 의 N_R개의 수신 안테나에 의해 형성된 MIMO 시스템은, N_R×N_T 채널 응답 매트릭스

로 특징되며, 그 매트릭스는,

로서 제공될 수도 있고, 여기서, i= 1...N_R 및 j= 1...N_T에 대한 엔트리

는 송신 스판 m에 대해 송신 안테나 j 와 수신 안테나 i 사이의 커플링 또는 복소수 채널 이득을 나타낸다. 송신 스판은 시간 및/또는 주파수 디멘션 (dimension) 을 커버링할 수도 있다. 예를 들어, 단일-캐리어 MIMO 시스템에서, 송신 스판은 하나의 심볼 주기에 대응할 수도 있으며, 그 심볼 주기는 하나의 데이터 심볼을 송신하기 위한 시간 간격이다. 멀티-캐리어 MIMO 시스템에서, 송신 스판은 하나의 심볼 주기의 하나의 서브대역에 대응할 수도 있다. 또한, 송신 스판은 다중 심볼 주기 및/또는 다중 서브대역을 커버링할 수도 있다. 간략화를 위해, MIMO 채널은 N_S = N_T≤N_R인 완전한 랭크 (rank) 인 것으로 가정된다.

MIMO 시스템은, 예를 들어, "교정된" 모드 및 "비교정된" 모드와 같은 하나 이상의 동작 모드를 사용하여 데이터 송신을 지원할 수도 있다. 교정된 모드는 완전-CSI 송신을 이용할 수도 있으며, 그에 의해, 데이터는 MIMO 채널의 직교 공간 채널 (또는 "고유모드 (eigenmode)") 을 통해 송신된다. 비교정된 모드는 부분-CSI 송신을 이용할 수도 있으며, 그에 의해, 데이터는, 예를 들어, 개별 송신 안테나로부터 MIMO 채널의 공간 채널을 통해 송신된다.

또한, MIMO 시스템은 성능을 개선시키기 위해 스티어링 송신 다이버시티 (STD) 를 이용할 수도 있다. STD에 의해, 송신 엔티티는, 데이터 송신이 유효한 채널의 앙상블을 관측하고 연장된 시간 주기 동안 단일의 불량한 채널의 실현에 빠지지 않도록 스티어링 매트릭스로 공간 프로세싱을 수행한다. 그 결과, 성능은 최악의-경우의 채널 조건에 의해 영향 받지 않는다.

1. 교정된 모드 - 완전-CSI 송신

완전-CSI 송신에 있어서, 고유값 (eigenvalue) 분해는,

와 같이,

의 N_S개의 고유모드를 획득하기 위해

의 상관 매트릭스에 관해 수행될 수도 있으며, 여기서,

은

의 N_T×N_T 상관 매트릭스이고,

은 N_T×N_T 단위 매트릭스이고 그 매트릭스의 열 (column) 은

의 고유벡터이며,

은

의 고유값의 N_T×N_T 대각선 행렬이고,

는 켤레 전치를 나타낸다. 단위 매트릭스

는 특성

을 특징으로 하며, 여기서,

는 아이덴티티 (identity) 매트릭스이다. 단위 매트릭스의 열은 서로 직교하고, 각열은 단위 전력 (power) 을 갖는다. 매트릭스

은

의 N_S개의 고유모드를 통해 데이터를 송신하도록 송신 엔티티에 의한 공간 프로세싱을 위해 사용될 수도 있다. 고유 모드는 분해를 통해 획득되는 직교 공간 채널로서 간주될 수도 있다.

의 대각선 엔트리는

의 고유값이며, 그 고유값은 N_S개의 고유모드에 대한 전력 이득을 나타낸다. 또한, 단일 값 분해는 좌측 및 우측 고유벡터의 매트릭스를 획득하기 위해 수행될 수도 있으며, 그 매트릭스는 완전-CSI 송신을 위해 사용될 수도 있다.

송신 엔티티는,

와 같이, 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 완전-CSI 송신에 대해 공간 프로세싱을 수행하며, 여기서,

은 송신 스판 m에서 전송될 N_S개의 데이터 심볼까지를 갖는 N_T×1 벡터이고;

은 송신 스판 m에 대한 N_T×N_T 스티어링 매트릭스이며;

은 송신 스판 m에 대한 고유벡터의 매트릭스이고,

은 송신 스판 m의 N_T개의 송신 안테나로부터 전송될 N_T개의 송신 심볼을 갖는 N_T×1 벡터이다. 수학식 (3) 에 나타낸 바와 같이,

의 각각의 데이터 심볼은

의 각각의 열로 효과적으로 공간 확산된다. N_S＜N_T이면,

의 데이터 심볼은 N_S개의 "확산" 심볼을 획득하기 위해 N_S×N_S 매트릭스

로 공간 확산된다. 각각의 확산 심볼은 N_S개의 데이터 심볼의 각각의 컴포넌트를 포함한다. 그 후, 공간 확산된 N_S개의 확산 심볼은

의 N_S개의 고유모드를 통해 전송된다. 각각의 스티어링 매트릭스

은 단위 매트릭스이고, 후술될 바와 같이 생성될 수도 있다.

수신 엔티티는 N_R개의 수신 안테나로부터 수신 심볼을 획득하며, 그 수신 심볼은,

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서,

은 송신 스판 m의 N_R개의 수신 안테나를 통해 획득된 N_R개의 수신 심볼을 갖는 N_R×1 벡터이고;

은 송신 스판 m에 대한 잡음 벡터이며;

은 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 완전-CSI 송신에 대해 데이터 벡터

에 의해 관측된 N_R×N_T "유효한" MIMO 채널 응답 매트릭스이고, 그

는,

이다. 간략화를 위해, 잡음은 0의 평균 벡터 및

인 공분산 매트릭스를 갖는 부가적인 가우시안 잡음 (additive white Gaussian noise; AWGN) 으로 가정되며, 여기서,

는 잡음의 분산이고

는 아이덴티티 매트릭스이다.

수신 엔티티는 다양한 수신기 프로세싱 기술을 사용하여

에서 데이터 심볼을 복원할 수 있다. 완전-CSI 송신에 대해 적용가능한 기술은 완전-CSI 기 술 및 최소 평균 제곱 에러 (minimum mean square error; MMSE) 기술을 포함한다.

완전-CSI 기술에 있어서, 수신 엔티티는,

와 같이 공간 필터 매트릭스

를 유도할 수도 있다. 수신 엔티티는,

와 같은

를 사용하여 수신기 공간 프로세싱을 수행할 수도 있으며, 여기서,

는 N_S개의 검출된 데이터 심볼을 갖는 N_T×1 벡터이고;

는 수신기 공간 프로세싱 이후의 사후-검출 (post-detection) 잡음이다.

MMSE 기술에 있어서, 수신 엔티티는,

와 같은 공간 필터 매트릭스

를 유도할 수도 있다. 공간 필터 매 트릭스

는, 공간 필터 및

의 데이터 심볼로부터의 추정치들 사이의 평균 제곱 에러를 최소화한다.

수신 엔티티는,

와 같이 MMSE 공간 프로세싱을 수행할 수도 있으며, 여기서,

는

, 또는

의 대각선 엘리먼트를 포함하는 대각선 매트릭이고;

는 MMSE 필터링된 잡음이다. 공간 필터

로부터의 심볼 추정치는 데이터 심볼의 노멀화되지 않은 추정치이다. 스케일링 (scaling) 매트릭스

와의 승산은 데이터 심볼의 노멀화된 추정치를 제공한다.

완전-CSI 송신은

의 고유모드를 통해 데이터를 전송하는 것을 시도한다. 그러나, 완전-CSI 데이터 송신은, 예를 들어,

의 불완전한 추정치, 고유값 분해의 에러, 유한한 산술적 정확도 등으로 인해 완전하게 직교하지 않을 수도 있다. MMSE 기술은 완전-CSI 데이터 송신에서 직교성의 임의의 손실을 해 결할 수 있다 (또는 클린업 (clean up) 할 수 있다).

표 1은 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 완전-CSI 송신에 대해 송신 및 수신 엔티티에서의 공간 프로세싱을 요약한다.

2. 비교정된 모드 - 부분-CSI 송신

스티어링 송신 다이버시티를 갖는 부분-CSI 송신에 있어서, 송신 엔티티는,

와 같이 공간 프로세싱을 수행하며, 여기서,

는 송신 스판 m에 대한 송신 데이터 벡터이다. 수학식 (10) 에 나타낸 바와 같이,

의 각각의 데이터 심볼은

의 각각의 열로 공간 확산된다. 그 후,

과의 승산으로부 터 기인하는 N_T개의 확산 심볼은 N_T개의 송신 안테나로부터 송신된다.

수신 엔티티는 수신 심볼을 획득하며, 그 수신 심볼은,

와 같이 표현될 수도 있고, 여기서,

는 송신 스판 m에 대한 수신 심볼 벡터이며;

는,

이고, 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 부분-CSI 송신에 대해

에 의해 관측된 N_R×N_T의 유효한 MIMO 채널 응답 매트릭스이다.

수신 엔티티는 다양한 수신기 프로세싱 기술을 사용하여

에서 데이터 심볼을 복원할 수 있다. 부분-CSI 송신에 대해 적용가능한 기술은 (또한 제로-포싱 (zero-forcing) 기술로 통상 지칭되는) 채널 상관 매트릭스 역변환 (channel correlation matrix inversion; CCMI) 기술, MMSE 기술, 및 연속적인 간섭 소거 (successive interference cancellation; SIC) 기술을 포함한다.

CCMI 기술에 있어서, 수신 엔티티는,

와 같은 공간 필터 매트릭스

를 유도할 수도 있다. 수신 엔티티는,

와 같이 CCMI 공간 프로세싱을 수행할 수도 있으며, 여기서,

는 CCMI 필터링된 잡음이다.

의 구조로 인해, CCMI 기술은 잡음을 증폭할 수도 있다.

MMSE 기술에 있어서, 수신 엔티티는,

와 같은 공간 필터 매트릭스

를 유도할 수도 있다. 부분-CSI 송신에 대한 수학식 (15) 는 완전-CSI 송신에 대한 수학식 (8) 과 동일한 형식을 갖는다. 그러나, (

대신에)

가 부분-CSI 송신에 대한 수학식 (15) 에서 사용된다.

수신 엔티티는,

와 같이 MMSE 공간 프로세싱을 수행할 수도 있으며, 여기서,

및

는 부분 CSI-송신에 대한 MMSE 필터링된 잡음이다.

SIC 기술에 있어서, 수신 엔티티는 연속적인 스테이지로

의 데이터 심볼을 복원한다. 명확화를 위해, 다음의 설명은

의 각각의 엘리먼트 및

의 각각의 엘리먼트가 하나의 데이터 심볼 스트림에 대응한다고 가정한다. 수신 엔티티는,

의 N_S개의 데이터 심볼 스트림을 복원하기 위해, N_S개의 연속적인 스테이지로

의 N_R개의 수신 심볼 스트림을 프로세싱한다. 통상적으로, SIC 프로세싱은, 하나의 패킷은 하나의 스트림에 대해 복원되고, 그 후, 또 다른 패킷이 또 다른 스트림에 대해 복원되는 등을 위한 것이다. 간략화를 위해, 다음의 설명은 N_S = N_T라 가정한다.

= 1...N_S인 각각의 스테이지

에 있어서, 수신 엔티티는 그 스테이지에 대해 N_R개의 입력 심볼 스트림

에 관해 수신기 공간 프로세싱을 수행한다. 제 1 스테이지 (

= 1) 에 대한 입력 심볼 스트림은 수신 심볼 스트림, 즉,

이다. 각각의 후속 스테이지 (

= 2...N_S) 에 대한 입력 심볼 스트림은 이전 단계로부터의 변형된 심볼 스트림이다. 스테이지

에 대한 수신기 공간 프로세싱은 공간 필터 매트릭스

에 기초하며, 그 매트릭스는 감소된 유효한 채널 응답 매트릭스

에 기초하여, 또한, CCMI, MMSE 또는 일부 다른 기술에 따라 유도될 수도 있다.

는, 스테이지

에서 아직 복원되지 않은 N_S－

＋1개의 데이터 심볼 스트림에 대응하는

의 N_S－

＋1개의 열을 포함한다. 수신 엔티티는 스테이지

에 대해 하나의 검출된 데이터 심볼 스트림

을 획득하고, 또한, 이러한 스트림을 프로세싱 (예를 들어, 복조, 디인터리빙 (deinterleave) 및 디코딩) 하여 대응하는 디코딩된 데이터 스트림

을 획득한다.

그 다음, 수신 엔티티는, 데이터 심볼 스트림

이 아직 복원되지 않은 다른 데이터 심볼 스트림에 야기하는 간섭을 추정한다. 그 간섭을 추정하기 위해, 수신 엔티티는 이러한 스트림에 대해 송신 엔티티에 의해 수행되는 동일한 방 식으로 디코딩된 데이터 스트림

을 프로세싱 (예를 들어, 재-인코딩, 인터리빙, 및 심볼 매핑) 하고, "재변조된" 심볼

의 스트림을 획득하며, 그 재변조된 심볼은 바로 전에 복원된 데이터 심볼 스트림

의 추정치이다. 그 후, 수신 엔티티는 스티어링 매트릭스

를 갖는 재변조된 심볼 스트림에 관해 공간 프로세싱을 수행하고, 또한, 그 결과를 채널 응답 매트릭스

와 승산하여 스트림

에 의해 야기된 N_R개의 간섭 컴포넌트

를 획득한다. 그 후, 수신 엔티티는 현재 스테이지

에 대해 N_R개의 입력 심볼 스트림

으로부터 N_R개의 간섭 컴포넌트

를 감산하여 다음의 스테이지에 대한 N_R개의 입력 심볼 스트림

, 즉,

을 획득한다. 간섭 소거가 효과적으로 수행되었다고 가정하면, 입력 심볼 스트림

은, 데이터 심볼 스트림

이 송신되지 않았다면 수신 엔티티가 수신할 스트림을 나타낸다. 그 후, 수신 엔티티는 N_R개의 입력 심볼 스트림

에 관해 동일한 프로세싱을 반복하여 또 다른 데이터 스트림을 복원한다. 그러나, 후속 스테이지

＋1에 대한 유효한 채널 응답 매트릭스

는, 스테이지

에서 복원된 데이터 심볼 스트림

에 대응하는 하나의 열에 의해 감소된다.

SIC 기술에 있어서, 각각의 데이터 심볼 스트림의 SNR은, (1) 각각의 스테이지에 대해 사용된 수신기 프로세싱 기술 (예를 들어, CCMI 또는 MMSE), (2) 데이터 심볼 스트림이 복원된 특정 스테이지, 및 (3) 더 이후의 스테이지에서 복원된 데이터 심볼 스트림으로 인한 간섭의 양에 의존한다. 일반적으로, 이전의 스테이지에서 복원된 데이터 심볼 스트림으로부터의 간섭이 소거되기 때문에, SNR은 더 이후의 스테이지에서 복원된 데이터 심볼 스트림에 대해 점진적으로 개선된다. 그 후, 이것은 더 높은 레이트가 더 이후의 스테이지에서 복원된 데이터 심볼 스트림에 대해 사용될 수 있게 할 수도 있다.

표 2는 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 부분-CSI 송신에 대해 송신 및 수신 엔티티에서의 공간 프로세싱을 요약한다. 간략화를 위해, SIC 기술은 표 2에 나타내지 않는다.

도 2는 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 데이터 송신에 대한 모델을 도시한다. 송신 엔티티 (110) 는, 스티어링 다이버시티에 대해 공간 프로세싱 (또는 공간 확산; 블록 220) 및 완전-CSI 또는 부분-CSI 송신 중 하나에 대해 공간 프로세싱 (블록 230) 을 수행한다. 수신 엔티티 (150) 는, 완전-CSI 또는 부분-CSI 송신에 대해 수신기 공간 프로세싱 (블록 260) 및 스티어링 송신 다이버시티에 대해 수신기 공간 프로세싱 (또는 공간 역확산; 블록 270) 을 수행한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 송신 엔티티는 (필요하다면) 완전-CSI 및 부분-CSI 송신에 대해 공간 프로세싱 이전에 스티어링 송신 다이버시티에 대해 공간 확산을 수행한다. 수신 엔티티는, 스티어링 송신 다이버시티에 대한 공간 역확산에 선행하여 완전-CSI 또는 부분-CSI 송신에 대해 보완적인 수신기 공간 프로세싱을 수행할 수도 있다.

3. 공간 필터 매트릭스 계산

스티어링 송신 다이버시티에 의하면, 상이한 스티어링 매트릭스

는, 데이터 송신에 의해 관측된 유효한 MIMO 채널을 랜덤화하기 위해 상이한 송신 스판에 대해 사용될 수도 있다. 그 후, 데이터 송신이 연장된 시간 주기 동안 "불량한" MIMO 채널 실현을 관측하지 않으므로, 이것은 성능을 개선할 수도 있다. 송신 스판은 단일-캐리어 MIMO 시스템에 대한 심볼 주기 또는 멀티-캐리어 MIMO 시스템에 대한 서브대역에 대응할 수도 있다.

도 3a는 단일-캐리어 MIMO 시스템에 대해 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 부분-CSI 송신을 도시한다. 이러한 시스템에 있어서, 송신 스판 인덱스 m은 심볼 주기 인덱스 n와 동일할 수도 있다 (즉, m = n). 데이터 심볼들 중 하나의 벡터

는 각각의 심볼 주기 n에서 송신될 수도 있고, 그러한 심볼 주기에 대해 선택된 스티어링 매트릭스

로 공간 확산될 수도 있다. 각각의 데이터 심볼 벡터

는

의 유효한 MIMO 채널 응답을 관측하고, 공간 필터 매트릭스

를 사용하여 복원된다.

도 3b는 멀티-캐리어 MIMO 시스템에서 스티어링 송신 다이버시티를 갖는 부분-CSI 송신을 도시한다. 이러한 시스템에 있어서, 송신 스판 인덱스 m은 서브대역 인덱스 k와 동일할 수도 있다 (즉, m = k). 각각의 심볼 주기에 있어서, 데이터 심볼들 중 하나의 벡터

는 각각의 서브대역 k에서 송신될 수도 있고, 그 서브대역에 대해 선택된 스티어링 매트릭스

로 공간 확산될 수도 있다. 각각의 데이터 심볼 벡터

는

의 유효한 MIMO 채널 응답을 관측하고 공간 필터 매트릭스

를 사용하여 복원된다. 또한, 벡터

및 매트릭스

,

, 및

는 심볼 주기 n의 함수이지만, 이것은 간략화를 위해 나타내지 않는다.

도 3a 및 3b에 나타낸 바와 같이, 상이한 스티어링 매트릭스가 상이한 송신 스판에 대해 사용되면, 수신 엔티티에 의해 사용된 공간 필터 매트릭스는 송신 스판 인덱스 m의 함수이다. 채널 응답 매트릭스

가 송신 스판의 범위에 걸쳐 고정 또는 일정함에도 이것은 사실이다. 예를 들어, 멀티-캐리어 MIMO 시스템에서,

는 플랫 (flat) 주파수 응답을 갖는 플랫 페이딩 MIMO 채널에 대해 서브대역의 세트에 걸쳐 고정될 수도 있다. 또 다른 예로서, 단일-캐리어 MIMO 시스템에서,

은 일시적인 페이딩없이 MIMO 채널에 대해 소정의 시간 간격에 걸쳐 고정될 수도 있다. 이러한 시간 간격은, 블록으로서 코딩 및 디코딩되는 데이터 심볼의 블록을 송신하기 위해 사용되는 시간 지속 기간의 모두 또는 일부에 대응할 수도 있다.

통상적으로, 상관의 정도는 인접한 송신 스판들에 대한 채널 응답 매트릭스들의 사이, 예를 들어,

과

사이에 존재한다. 이러한 상관은 수신 엔티티에서 공간 필터 매트릭스에 대해 계산을 간략화하기 위해 활용될 수도 있다. 계산이 2개의 경우, 즉, 완전-상관 및 부분-상관에 대해 후술된다.

A. 완전 상관

완전-상관에 의하면, MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스는 해당 송신 스판 인덱스, 예를 들어, m = 1...M의 범위에 걸쳐 고정되며, 여기서, M은 1보다 큰 임의의 정수일 수도 있다. 따라서,

이다.

완전-CSI 기술에 있어서, 완전 상관된 채널 응답 메트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 표현될 수도 있다. 그 후, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며, 여기서,

는, 스티어링 송신 다이버시티 없는 완전-CSI 기술에 대한 공간 필터 매트릭스인 베이스 (base) 공간 필터 매트릭스이다. 베이스 공간 필터 매트릭스

는, 채널 응답 매트릭스

가 고정되기 때문에, 송신 스판 m의 함수가 아니다. 수학식 (18) 은, 각각의 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

가 그러한 송신 스판에 대해 사용된 스티어링 매트릭스

와 베이스 공간 필터 매트릭스

를 사전-승산함 (pre-multiplying) 으로써 획득될 수도 있다는 것을 나타낸다.

다른 방법으로, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며, 여기서,

및

이다. 수학식 (19) 은, 각각의 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

가 매트릭스

와 송신 스판 1에 대한 공간 필터 매트릭스

를 사전-승산함으로써 획득될 수도 있다는 것을 나타낸다. m = 2...M에 대한 매트릭스

는 단위 매트릭스이며, 그 매트릭스의 각각은 2개의 단위 스티어링 매트릭스

및

를 승산함으로써 획득된다. 매트릭스

는 사전-계산될 수도 있고 메모리에 저장될 수도 있다.

완전-CSI 송신에 대한 MMSE 기술에 있어서, 완전 상관된 채널 응답 매트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 표현될 수도 있다. 수학식 (20) 은 특성

및

을 사용하여 유도된다. 수학식 (20) 에서 제 2 등식의 괄호내의 항은,

와 같이 표현될 수도 있으며, 여기서, "(m)"은 명확화를 위해 생략되었다. 그 후, 상기 제 2 등식의 항의 역변환은,

와 같이 표현될 수도 있으며, 여기서,

이다.

공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며,

이다. 완전-CSI 기술과 유사하게, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

는 스티어링 매트릭스

와 베이스 공간 필터 매트릭스

를 사전-승산함으로써 획득될 수도 있다. 또한, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며,

이다.

CCMI 기술에 있어서, 완전 상관된 채널 응답 매트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 표현될 수도 있으며, 여기서,

이 단위 매트릭스이기 때문에,

이다.

따라서, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며, 여기서,

이다. 또한, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며, 여기서,

이다.

부분-CSI 송신에 대한 MMSE 기술에 있어서, 완전 상관된 채널 응답 매트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 표현될 수도 있다. 수학식 (26) 은 상기의 방정식 (20) 과 동일한 방식으로 유도될 수도 있다.

공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며, 여기서,

이 다. 또한, 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 계산될 수도 있으며,

이다.

표 3은 송신 스판 m=1...M에 걸쳐 완전 상관된 채널 응답 매트릭스를 갖는 완전-CSI 및 부분-CSI 송신에 대해 공간 필터 매트릭스에 대한 계산을 요약한다.

일반적으로, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스는

로서 계산될 수도 있으며, 여기서, 첨자 (subscript) "x"는 수신기 프로세싱 기술을 나타내고, "fcsi", "f_mmse", "ccmi", 또는 "p_mmse"일 수도 있다. 베이스 공간 필터 매트릭스

는 스티어링 송신 다이버시티가 사용되지 않았던 것처럼 계산될 수도 있다.

도 4는 송신 스판 m=1...M에 걸쳐 완전 상관된 채널 응답 매트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스를 계산하기 위한 프로세스 (400) 의 흐름도이다. 먼저, 초기의 공간 필터 매트릭스

가 계산된다 (블록 412). 이러한 초기의 공간 필터 매트릭스는, (1) 채널 응답 매트릭스

및 (2) 사용을 위해 선택된 수신기 프로세싱 기술 (예를 들어, 완전-CSI, 완전-CSI를 위한 MMSE, CCMI, 또는 부분-CSI를 위한 MMSE) 에 기초하여 유도된 베이스 공간 필터 매트릭스

일 수도 있다. 다른 방법으로, 초기의 공간 필터 매트릭스는,

및

에 기초하여 유도될 수도 있는 송신 스판 m=1에 대한 공간 필터 매트릭스

일 수도 있다.

그 후, 송신 스판 인덱스 m은, (도 4에 도시된 바와 같이)

이면 1로 설정되거나,

이면 2로 설정된다 (블록 414). 그 후, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

는 초기의 공간 필터 매트릭스

및 송신 스판 m에 대해 사용된 스티어링 매트릭스

에 기초하여 계산된다 (블록 416). 특히,

는, 상술된 바와 같이,

및

또는

및

중 하나에 기초하여 계산될 수도 있다. 그 후, m＜M 인지의 여부의 판정이 수행된다 (블록 420). 대답이 '예' 라면, 인덱스 m은 증분되고 (블록 422), 프로세스는 블록 416으로 복귀하여 또 다른 송신 스판에 대한 공간 필터 매트릭스를 계산한다. 그렇지 않고 n＝M이면, 공간 필터 매트릭스

내지

는, 각각, 수신 심볼 벡터

내지

의 수신기 공간 프로세싱에 대해 사용된다 (블록 424). 간략화를 위해 도 4에 도시되지는 않았지만, 각각의 공간 필터 매트릭스는, 공간 필터 매트릭스

가 생성 및 수신 심볼 벡터

이 획득 양자가 행해지자마자 수신기 공간 프로세싱에 대해 사용될 수도 있다.

완전-CSI 송신에 있어서, 또한, 송신 엔티티에서의 공간 프로세싱은

로서 간략화될 수도 있다. 매트릭스

는, 매트릭스

및 각각의 송신 스판 m에 대한 스티어링 매트릭스

에 기초하여 그러한 송신 스판에 대해 계산될 수도 있으며, 그 매트릭스

는 완전 상관 경우에 대해 송신 스판의 함수가 아니다.

B. 부분 상관

부분-상관에 의하면, MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스는 해당 송신 스판 인덱스의 범위에 걸쳐 완전 상관되지 않는다. 이러한 경우, 송신 스판

에 대해 계산된 공간 필터 매트릭스는 또 다른 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스의 계산을 용이하게 하기 위해 사용될 수도 있다.

일 실시형태에서, 송신 스판

에 대한 베이스 공간 필터 매트릭스

는,

와 같이 송신 스판

에 대해 사용된 스티어링 매트릭스

를 제거함으로써 송신 스판

에 대해 계산된 공간 필터 매트릭스

로부터 획득된다. 그 후, 베이스 공간 필터 매트릭스

는 송신 스판 m (예를 들어, m＝

±1) 에 대한 베이스 공간 필터 매트릭스

를 유도하기 위해 사용된다.

는, 예를 들어,

에 대한 최종 솔루션 (solution) 을 획득하기 위해

에 관해 계산의 세트를 반복적으로 수행하는 반복적인 절차 또는 알고리즘을 사용하여 계산될 수도 있다. MMSE 솔루션을 계산하는 반복적인 절차 (예를 들어, 적응 (adaptive) MMSE 알고리즘, 그라디언트 (gradient) 알고리즘, 격자 (lattice) 알고리즘 등) 는 당업계에 공지되어 있고 여기에 설명되지 않는다. 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

은,

와 같이 계산될 수도 있다. 따라서, 이러한 실시형태에 대한 프로세싱 순서는,

와 같이 제공될 수도 있으며, 여기서, "→" 는 직접적인 계산을 나타내고 "

" 는 가능한 반복적인 계산을 나타낸다. 베이스 공간 필터 매트릭스

및

는 스티어링 매트릭스를 포함하지 않지만, 공간 필터 매트릭스

및

는, 각각, 송신 스판

및 m에 대해 사용된 스티어링 매트릭스

및

을 포함한다.

또 다른 실시형태에서, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

는 초기 추측치 (guess)

에 관해 계산의 세트를 반복적으로 수행하는 반복적인 절차를 사용하여 계산된다. 그 초기의 추측치는,

와 같이 송신 스판

에 대해 유도된 공간 필터 매트릭스

로부터 유도될 수도 있으며, 여기서,

이다. 이러한 실시형태에 대한 프로세싱 순서는

와 같이 제공될 수도 있다. 공간 필터 매트릭스

및

양자는 송신 스판 m에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스

을 포함한다.

상기의 실시형태에 있어서,

및

는 신규한 송신 스판 m에 대해 공간 필터 매트릭스

를 유도하기 위해 사용되는 초기의 공간 필 터 매트릭스로서 간주될 수도 있다. 일반적으로,

과

사이의 상관량은, 송신 스판

및 m에 대한

과

사이의 상관량에 의존하는

과

사이의 상관량에 의존한다. 더 높은 상관도는

에 대한 최종 솔루션으로의 더 신속한 수렴을 초래할 수도 있다.

도 5는 송신 스판 m＝1...M에 대해 부분 상관된 채널 매트릭스를 갖는 공간 필터 매트릭스를 계산하기 위한 프로세스 (500) 의 흐름도를 도시한다. 현재 및 다음의 송신 스판에 대한 인덱스는

＝1 및 m＝2로서 초기화된다 (블록 512). 공간 필터 매트릭스

는, 사용을 위해 선택된 수신기 프로세싱 기술에 따라 송신 스판

에 대해 계산된다 (블록 514). 그 후, 송신 스판 m에 대한 초기의 공간 필터 매트릭스

는, 예를 들어, 수학식 (29) 또는 (31) 에 나타낸 바와 같이, 공간 필터 매트릭스

및 적절한 스티어링 매트릭스/매트릭스들

및

에 기초하여 계산된다 (블록 516). 그 후, 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스

는, 초기의 공간 필터 매트릭스

에 기초하여, 예를 들어, 반복적인 절차를 사용하여 계산된다 (블록 518).

그 후, m＜M인지의 여부의 판정이 수행된다 (블록 520). 대답이 '예' 이면, 인덱스

및 m은, 예를 들어,

＝m 및 m＝m＋1로서 업데이트된다 (블록 522). 그 후, 프로세스는 블록 516으로 복귀하여 또 다른 송신 스판에 대해 공 간 필터 매트릭스를 계산한다. 그렇지 않고 블록 520에서 판정된 바와 같이, 모든 공간 필터 매트릭스가 계산되었다면, 공간 필터 매트릭스

내지

는, 각각, 수신 심볼 벡터

내지

의 수신기 공간 프로세싱에 대해 사용된다 (블록 524).

간략화를 위해, 도 5는 M개의 연속하는 송신 스판 m＝1...M에 대한 M개의 공간 필터 매트릭스의 계산을 도시한다. 그 송신 스판이 인접할 필요는 없다. 일반적으로, 하나의 송신 스판

에 대해 유도된 공간 필터 매트릭스는 또 다른 송신 스판 m에 대한 공간 필터 매트릭스의 초기의 추측치를 획득하기 위해 사용되며, 여기서,

및 m은 임의의 인덱스 값일 수도 있다.

4. 스티어링 매트릭스

스티어링 매트릭스 (또는 송신 매트릭스) 의 세트는 스티어링 송신 다이버시티에 대해 생성되고 사용될 수도 있다. 이들 스티어링 매트릭스는 i＝1...L에 대해

, 또는

로서 나타낼 수도 있으며, 여기서, L은 1보다 큰 임의의 정수일 수도 있다. 각각의 스티어링 매트릭스

는 단위 매트릭스이어야 한다. 이러한 조건은,

를 사용하여 동시에 송신되는 N_T개의 데이터 심볼이 동일한 전력을 갖고

로 공간 확산한 이후에 서로 직교하는 것을 보장한다.

L개의 스티어링 매트릭스의 세트는 다양한 방식으로 생성될 수도 있다. 예를 들어, L개의 스티어링 매트릭스는 단위 베이스 매트릭스 및 스칼라 (scalar) 의 세트에 기초하여 생성될 수도 있다. 베이스 매트릭스는 L개의 스티어링 매트릭스 중 하나로서 사용될 수도 있다. 다른 L-1개의 스티어링 매트릭스는 베이스 매트릭스의 행을 스칼라의 상이한 조합과 승산함으로써 생성될 수도 있다. 각각의 스칼라는 임의의 실수 또는 복소수 값일 수도 있다. 스칼라는, 이들 스칼라로 생성된 스티어링 매트릭스가 단위 매트릭스이기 위해 단위 크기를 갖도록 선택된다.

베이스 매트릭스는 월시 (Walsh) 매트릭스일 수도 있다. 2×2 월시 매트릭스

및 더 큰 사이즈의 월시 매트릭스

는,

와 같이 표현될 수도 있다. 월시 매트릭스는 2의 거듭제곱 (예를 들어, 2, 4, 8 등) 인 디멘션을 갖는다.

또한, 베이스 매트릭스는 퓨리에 (Fourier) 매트릭스일 수도 있다. N×N 퓨리에 행렬

에 있어서,

의 n-번째 행 및 m-번째 열의 엘리먼트

는,

와 같이 표현될 수도 있다. 임의의 제곱 디멘션 (예를 들어, 2, 3, 4, 5 등) 의 퓨리에 매트릭스가 형성될 수도 있다. 또한, 다른 매트릭스가 베이스 메트릭스로서 사용될 수도 있다.

N×N 베이스 매트릭스에 있어서, 그 베이스 매트릭스의 2 내지 N 행의 각각은 K개의 상이하게 가능한 스칼라들 중 하나와 독립적으로 승산될 수도 있다. K^N-1개의 상이한 스티어링 매트릭스는 N-1행에 대해 K개의 스칼라의 K^N-1개의 상이한 순열로부터 획득될 수도 있다. 예를 들어, 2 내지 N 행의 각각은 ＋1, －1, ＋j, 또는 －j 의 스칼라와 독립적으로 승산될 수도 있다. N＝4 및 K＝4에 있어서, 64개의 상이한 스티어링 매트릭스가 4개의 상이한 스칼라를 갖는 4×4 베이스 매트릭스로부터 생성될 수도 있다. 일반적으로, 그 기본 매트릭스의 각각의 행은

형식을 갖는 임의의 스칼라와 승산될 수도 있으며, 여기서, θ는 임의의 위상값일 수도 있다. 또한, 스칼라-승산된 N×N 베이스 매트릭스의 각각의 엘리먼트는

만큼 스캐일링 (scale) 되여 각각의 열에 대해 단위 전력을 갖는 N×N 스티어링 매트릭스를 획득한다.

월시 매트릭스 (또는 4×4 퓨리에 매트릭스) 에 기초하여 유도된 스티어링 매트릭스는 일정한 바람직한 특성을 갖는다. 월시 매트릭스의 행이 ±1 및 ±j의 스칼라와 승산되면, 결과적인 스티어링 매트릭스의 각각의 엘리먼트는 ＋1, －1, ＋j, －j이다. 이러한 경우, 스티어링 매트릭스의 엘리먼트와 공간 필터 매트릭스의 엘리먼트 (또는 "가중치 (weigh)") 와의 승산은 정확한 비트 조작으로 수 행될 수도 있다. L개의 스티어링 매트릭스의 엘리먼트가 {＋1, －1, ＋j, －j} 로 구성된 세트에 속하면, 완전 상관 경우에 대해 공간 필터 매트릭스를 유도하기 위한 계산은 매우 간략화될 수 있다.

5. MIMO 시스템

도 6은 MIMO 시스템 (600) 에서 액세스 포인트 (610) 및 사용자 단말기 (650) 의 블록도를 도시한다. 액세스 포인트 (610) 는 데이터 송신 및 수신을 위해 사용될 수도 있는 N_ap개의 안테나로 장비되고, 사용자 단말기 (650) 는 N_ut개의 안테나로 장비되며, 여기서, N_ap＞1 및 N_ut＞1이다.

액세스 포인트 (610) 에서, 다운링크를 통해, TX 데이터 프로세서 (620) 는 트래픽/패킷 데이터 및 제어/오버헤드 데이터를 수신하고 프로세싱 (인코딩, 인터리빙, 및 심볼 매핑) 하여 데이터 심볼을 제공한다. TX 공간 프로세서 (630) 는, 예를 들어, 표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 다운링크에 대한 스티어링 매트릭스

및 가능한 고유벡터 매트릭스

을 갖는 데이터 심볼에 관해 공간 프로세싱을 수행한다. 또한, TX 공간 프로세서는, 적절하게는, 파일럿 심볼에서 멀티플렉싱하고, 송신 심볼의 N_ap개의 스트림을 N_ap개의 송신 유닛 (632a 내지 632ap) 에 제공한다. 각각의 송신 유닛 (632) 은 각각의 송신 심볼 스트림을 수신 및 프로세싱하여 대응하는 다운링크 변조된 신호를 제공한다. 송신기 유닛 (632a 내지 632ap) 으로부터의 N_ap개의 다운링크 변조된 신호는, 각각, N_ap개의 안테나 (634a 내지 634ap) 로부터 송신된다.

사용자 단말기 (650) 에서, N_ut개의 안테나 (652a 내지 652ut) 는 송신된 다운링크 변조된 신호를 수신하고, 각각의 안테나는 수신 신호를 각각의 수신기 유닛 (654) 에 제공한다. 각각의 수신기 유닛 (654) 은 수신기 유닛 (632) 에 의해 수행된 프로세싱을 보완하는 프로세싱을 수행하고 수신 심볼을 제공한다. RX 공간 프로세서 (660) 는, 예를 들어, 표 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 모든 N_ut개의 수신기 유닛 (654a 내지 654ut) 으로부터의 수신 심볼에 관해 수신기 공간 프로세싱을 수행하고, 검출된 데이터 심볼을 제공한다. RX 데이터 프로세서 (670) 는 그 검출된 데이터 심볼을 프로세싱 (예를 들어, 심볼 디매핑, 디인터리빙, 및 디코딩) 하여 다운링크에 대한 디코딩된 데이터를 제공한다.

업링크에 대한 프로세싱은 다운링크에 대한 프로세싱과 동일 또는 상이할 수도 있다. 트래픽 및 제어 데이터는 TX 데이터 프로세서 (688) 에 의해 프로세싱 (예를 들어, 인코딩, 인터리빙, 및 심볼 매핑) 되고, 업링크에 대한 스티어링 매트릭스

및 가능한 고유벡터 매트릭스

로 TX 공간 프로세서 (690) 에 의해 공간 프로세싱되며, 파일럿 심볼과 멀티플렉싱하여 N_ut개의 송신 심볼 스트림을 생성한다. N_ut개의 송신기 유닛 (654a 내지 654ut) 는 N_ut개의 송신 심볼 스트림을 컨디셔닝하여 N_ut개의 업링크 변조된 신호를 생성하며, 그 업링크 변조된 신호는 N_ut개의 안테나 (652a 내지 652ut) 를 통해 송신된다.

액세스 포인트 (610) 에서, 업링크 변조된 신호는 N_ap개의 안테나 (634a 내지 634ap) 에 의해 수신되고 N_ap개의 수신기 유닛 (632a 내지 632ap) 에 의해 프로세싱되여 업링크에 대한 수신 심볼을 획득한다. RX 공간 프로세서 (644) 는 그 수신 심볼에 관해 수신기 공간 프로세싱을 수행하고 검출된 데이터 심볼을 제공하며, 또한, 그 검출된 데이터 심볼은 RX 데이터 프로세서 (646) 에 의해 프로세싱되여 업링크에 대한 디코딩된 데이터를 획득한다.

프로세서 (638 및 678) 는, 각각, 액세스 포인트 및 사용자 단말기에 대해 채널 추정 및 공간 필터 매트릭스 계산을 수행한다. 제어기 (640 및 680) 는, 각각, 액세스 포인트 및 사용자 단말기에서 다양한 프로세싱 유닛의 동작을 제어한다. 메모리 유닛 (642 및 682) 은, 각각, 제어기 (630 및 680) 에 의해 사용되는 데이터 및 프로그램 코드를 저장한다.

도 7은 프로세서 (678) 의 일 실시형태를 도시하며, 그 프로세서는 사용자 단말기 (650) 에 대해 채널 추정 및 공간 필터 매트릭스 계산을 수행한다. 채널 추정기 (712) 는 수신 파일럿 심볼을 획득하고, 그 수신 파일럿 심볼이 이용가능한 각각의 송신 스판에 대해 채널 응답 매트릭스를 유도한다. 필터 (714) 는, 더 높은 품질의 채널 응답 매트릭스

를 획득하기 위해, 현재 및 이전의 송신 스판에 대해 채널 응답 매트릭스의 시간-도메인 필터링을 수행할 수도 있다. 그 후, 유닛 (716) 은 초기의 공간 필터 매트릭스

를 계산한다.

완전 상관된

에 있어서, 초기의 공간 필터 매트릭스

는, (1)

및 선택된 수신기 프로세싱 기술에 기초하여 계산된 베이스 공간 필터 매트릭스

또는 (2)

,

및 선택된 수신기 프로세싱 기술에 기초하여 계산된 송신 스판 1에 대한 공간 필터 매트릭스

일 수도 있다. 부분 상관된

에 있어서, 초기의 공간 필터 매트릭스

는, 또 다른 송신 스판

에 대해 계산된 공간 필터 매트릭스

에 기초하여 획득된 초기의 추측치

또는

일 수도 있다. 유닛 (718) 은, 초기의 공간 필터 매트릭스

및 송신 스판 m에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스

에 기초하여 그러한 송신 스판 m에 대해 공간 필터 매트릭스

를 계산한다. 부분 상관된

에 있어서, 유닛 (718) 은, 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여

에 대해 계산하기 위해 반복적인 절차를 구현할 수도 있으며, 그 계산 결과는

의 초기의 추측치이다.

프로세서 (638) 는 액세스 포인트 (610) 에 대해 채널 추정 및 공간 필터 매트릭스 계산을 수행하고, 프로세서 (678) 와 유사한 방식으로 구현될 수도 있다.

여기에서 설명된 공간 필터 매트릭스 계산 기술은 다양한 방식에 의해 구현될 수도 있다. 예를 들어, 이들 기술들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 그들의 조합으로 구현될 수도 있다. 하드웨어 구현에 있어서, 공간 필터 매트릭스 계산에 대한 프로세서 유닛은, 하나 이상의 주문형 집적회로 (ASIC), 디지털 신호 프 로세서 (DSP), 디지털 신호 프로세싱 디바이스 (DSPD), 프로그램가능 로직 디바이스 (PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이 (FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로-제어기, 마이크로프로세서, 여기에서 설명된 기능을 수행하도록 설계된 다른 전자 유닛, 또는 그들의 조합내에서 구현될 수도 있다.

소프트웨어 구현에 있어서, 공간 필터 매트릭스 계산은 (예를 들어, 절차, 함수 등과 같은) 모듈로 구현될 수도 있다. 소프트웨어 코드는 (예를 들어, 도 6의 메모리 유닛 (642 및 682) 와 같은) 메모리 유닛에 저장되고 (예를 들어, 도 6의 제어기 (640 및 680) 과 같은) 프로세서에 의해 실행될 수도 있다. 메모리 유닛은 프로세서내에서, 또는 프로세서의 외부에서 구현될 수도 있으며, 이 경우, 당업계에 공지된 바와 같은 다양한 수단을 통해 프로세서에 통신적으로 커플링될 수 있다.

표제 (heading) 은 참조를 위해 및 일정한 섹션의 위치 결정을 돕기 위해 여기에 포함된다. 이들 표제들은 여기에서 설명된 개념의 범위를 제한하는 것으로 의도되지는 않으며, 이들 개념들은 전체 명세서 전반에 걸친 다른 섹션에서 적용가능성을 가질 수도 있다.

개시된 실시형태의 이전의 설명은 당업자가 본 발명을 수행 또는 사용할 수 있도록 제공된다. 이들 실시형태에 대한 다양한 변형은 당업자에게는 용이하게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리는 본 발명의 범위 또는 사상을 벗어나지 않고 다른 실시형태에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 발명은 여기에서 설명된 실시형태로 제한되는 것이 아니라, 여기에 개시된 원리 및 신규한 특성에 부 합되는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

Claims

무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템에서 공간 필터 매트릭스를 유도하는 방법으로서,

초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 단계; 및

상기 초기의 공간 필터 매트릭스 및 복수의 송신 스판 (span) 에 대해 사용되는 복수의 스티어링 (steering) 매트릭스에 기초하여, 상기 복수의 송신 스판에 대한 복수의 공간 필터 매트릭스를 유도하는 단계를 포함하는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스에 기초하여 결정되는, 유도 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 복수의 송신 스판의 각각에 대한 상기 복수의 공간 필터 매트릭스의 각각은, 상기 채널 응답 매트릭스 및 상기 송신 스판에 대해 사용된 스티어링 매트릭스에 기초하여 유도되는, 유도 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는, 또한, 상기 복수의 송신 스판 중 하나에 대한 스티어링 매트릭스에 기초하여 결정되는, 유도 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 복수의 송신 스판의 각각에 대한 상기 복수의 공간 필터 매트릭스의 각각은, 상기 채널 응답 매트릭스, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하기 위해 사용되는 상기 스티어링 매트릭스, 및 상기 송신 스판에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스에 기초하여 유도되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

데이터는 MIMO 채널의 직교 공간 채널을 통해 송신되고, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 완전 (full) 채널 상태 정보 (완전-CSI) 기술에 따라 결정되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

데이터는 MIMO 채널의 직교 공간 채널을 통해 송신되고, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술에 따라 결정되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

데이터는 MIMO 채널의 공간 채널을 통해 송신되고, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 채널 상관 매트릭스 역변환 (CCMI) 기술에 따라 결정되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

데이터는 MIMO 채널의 공간 채널을 통해 송신되고, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술에 따라 결정되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스는, 송신 다이버시티 (diversity) 를 달성하기 위해 데이터를 공간 프로세싱하도록 송신 엔티티 (entity) 에 의해 사용되는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 엘리먼트는 ＋1, －1, ＋j, 및 －j로 구성된 세트의 멤버이며, j는 －1의 제곱근인, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 송신 스판은 복수의 심볼 주기에 대응하는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 송신 스판은 복수의 주파수 서브대역에 대응하는, 유도 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복수의 공간 필터 매트릭스로 상기 복수의 송신 스판에 대해 수신된 심볼에 관해 공간 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함하는, 유도 방법.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하고, 상기 초기의 공간 필터 매트릭스 및 복수의 송신 스판에 대해 사용되는 복수의 스티어링 매트릭스에 기초하여, 상기 복수의 송신 스판에 대해 복수의 공간 필터 매트릭스를 유도하도록 동작하는 프로세서; 및

상기 복수의 스티어링 매트릭스를 저장하도록 동작하는 메모리를 구비하는, 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 MIMO 채널에 대한 채널 응답 매트릭스에 기초하여 결정되며, 상기 복수의 송신 스판의 각각에 대한 상기 복수의 공간 필터 매트릭스의 각각은, 상기 채널 응답 매트릭스 및 상기 송신 스판에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스에 기초하여 유도되는, 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는, 완전 채널 상태 정보 (완전-CSI) 기술, 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술, 또는 채널 상관 매트릭스 역변환 (CCMI) 기술에 따라 결정되는, 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 엘리먼트는 ＋1, －1, ＋j, 및 －j로 구성된 세트의 멤버이며, j는 －1의 제곱근인, 장치.
제 15 항에 있어서,

상기 복수의 공간 필터 매트릭스로 상기 복수의 송신 스판에 대해 수신된 심볼에 관해 공간 프로세싱을 수행하도록 동작하는 공간 프로세서를 더 구비하는, 장치.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 수단; 및

상기 초기의 공간 필터 매트릭스 및 복수의 송신 스판에 대해 사용되는 복수의 스티어링 매트릭스에 기초하여, 상기 복수의 송신 스판에 대해 복수의 공간 필터 매트릭스를 유도하는 수단을 포함하는, 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는 MIMO 채널의 채널 응답 매트릭스에 기초하여 결정되며, 상기 복수의 송신 스판의 각각에 대한 상기 복수의 공간 필터 매트릭스의 각각은 상기 채널 응답 매트릭스 및 상기 송신 스판에 대해 사용되는 스티어링 매트릭스에 기초하여 유도되는, 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스는, 완전 채널 상태 정보 (완전-CSI) 기술, 최소 평균 제곱 에러 (MMSE) 기술, 또는 채널 상관 매트릭스 역변환 (CCMI) 기술에 따라 결정되는, 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 복수의 스티어링 매트릭스의 엘리먼트는 ＋1, －1, ＋j, 및 －j로 구성된 세트의 멤버이며, j는 －1의 제곱근인, 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 복수의 공간 필터 매트릭스로 상기 복수의 송신 스판에 대해 수신된 심볼에 관해 공간 프로세싱을 수행하는 수단을 더 포함하는, 장치.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템에서 공간 필터 매트릭스를 유도하는 방법으로서,

제 1 송신 스판에 대해 제 1 공간 필터 매트릭스를 유도하는 단계;

상기 제 1 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 2 송신 스판에 대한 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 단계; 및

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 송신 스판에 대한 제 2 공간 필터 매트릭스를 유도하는 단계를 포함하는, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 공간 필터 매트릭스는 상기 제 1 송신 스판의 MIMO 채널에 대해 획득되는 채널 응답 매트릭스에 기초하여, 또한, 수신기 공간 프로세싱 기술에 따라 유도되는, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스의 결정 단계는, 상기 제 1 송신 스판에 대해 사용되는 제 1 스티어링 매트릭스를 제거하도록 상기 제 1 공간 필터 매트릭스를 프로세싱하는 단계를 포함하며,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스는 상기 제거된 제 1 스티어링 매트릭스를 갖는 상기 제 1 공간 필터 매트릭스와 동일한, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스의 결정 단계는, 상기 제 1 송신 스판에 대해 사용되는 제 1 스티어링 매트릭스를 제거하고 상기 제 2 송신 스판에 대해 사용되는 제 2 스티어링 매트릭스를 포함하도록 상기 제 1 공간 필터 매트릭스를 프로세싱하는 단계를 포함하며,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스는, 상기 제거된 제 1 스티어링 매트릭스 및 상기 포함된 제 2 스티어링 매트릭스를 갖는 상기 제 1 공간 필터 매트릭스와 동일한, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 2 공간 필터 매트릭스는, 상기 제 2 공간 필터 매트릭스에 대한 최종 솔루션 (solution) 을 획득하기 위해 상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스에 관해 계산의 세트를 반복적으로 수행하는 반복적인 절차를 사용하여 유도되는, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 2 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 3 송신 스판에 대해 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 단계; 및

상기 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 3 송신 스판에 대한 제 3 공간 필터 매트릭스를 유도하는 단계를 더 포함하는, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 송신 스판은 2개의 상이한 심볼 주기에 대응하는, 유도 방법.
제 25 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 송신 스판은 2개의 상이한 주파수 서브대역에 대응하는, 유도 방법.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제 1 송신 스판에 대해 제 1 공간 필터 매트릭스를 유도하고, 상기 제 1 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 2 송신 스판에 대해 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하며, 상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 송신 스판에 대해 제 2 공간 필터 매트릭스를 유도하도록 동작하는 프로세서를 구비하는, 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 프로세서는, 상기 제 1 송신 스판에 대해 사용되는 제 1 스티어링 매트릭스를 제거하기 위해 상기 제 1 공간 필터 매트릭스를 프로세싱하도록 동작하며, 상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스는 상기 제거된 제 1 스티어링 매트릭스를 갖는 상기 제 1 공간 필터 매트릭스와 동일한, 장치.
제 33 항에 있어서,

상기 프로세서는, 또한, 상기 제 2 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 3 송신 스판에 대해 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하고, 상기 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 3 송신 스판에 대해 제 3 공간 필터 매트릭스를 유도하도록 동작하는, 장치.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제 1 송신 스판에 대해 제 1 공간 필터 매트릭스를 유도하는 수단;

상기 제 1 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 2 송신 스판에 대해 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 수단; 및

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 송신 스판에 대해 제 2 공간 필터 매트릭스를 유도하는 수단을 포함하는, 장치.
제 36 항에 있어서,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스의 결정 수단은, 상기 제 1 송신 스판에 대해 사용되는 제 1 스티어링 매트릭스를 제거하도록 상기 제 1 공간 필터 매트릭스를 프로세싱하는 수단을 포함하며,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스는 상기 제거된 제 1 스티어링 매트릭스를 갖는 상기 제 1 공간 필터 매트릭스와 동일한, 장치.
제 36 항에 있어서,

상기 제 2 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 3 송신 스판에 대해 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하는 수단; 및

상기 제 2 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 3 송신 스판에 대해 제 3 공간 필터 매트릭스를 유도하는 수단을 더 포함하는, 장치.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템에서, 공간 필터 매트릭스들을 유도하기 위한 프로세서-실행가능 명령어들로 인코딩되는 머신-판독가능 매체로서,

상기 명령어들은,

초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하고,

상기 초기의 공간 필터 매트릭스 및 복수의 송신 스판에 대해 사용되는 복수의 스티어링 매트릭스에 기초하여, 상기 복수의 송신 스판에 대한 복수의 공간 필터 매트릭스를 유도하는 처리 단계를 포함하는, 머신-판독가능 매체.
무선 다중-입력 다중-출력 (MIMO) 통신 시스템에서, 공간 필터 매트릭스들을 유도하기 위한 프로세서-실행가능 명령어들로 인코딩되는 머신-판독가능 매체로서,

상기 명령어들은,

제 1 송신 스판에 대해 제 1 공간 필터 매트릭스를 유도하고,

상기 제 1 공간 필터 매트릭스에 기초하여 제 2 송신 스판에 대해 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스를 결정하고,

상기 제 1 초기의 공간 필터 매트릭스에 기초하여 상기 제 2 송신 스판에 대해 제 2 공간 필터 매트릭스를 유도하는 처리 단계를 포함하는, 머신-판독가능 매체.