KR100891084B1 - 시공간 체계를 가진 다중소자 안테나를 사용하는 무선통신 시스템 - Google Patents

시공간 체계를 가진 다중소자 안테나를 사용하는 무선통신 시스템 Download PDF

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KR100891084B1 KR1020020006023A KR20020006023A KR100891084B1 KR 100891084 B1 KR100891084 B1 KR 100891084B1 KR 1020020006023 A KR1020020006023 A KR 1020020006023A KR 20020006023 A KR20020006023 A KR 20020006023A KR 100891084 B1 KR100891084 B1 KR 100891084B1
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Abstract

다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템의 용량을 증가시키는 방법 및 장치가 제공된다. 1차 데이터 스트림(data stream)(115)의 각 서브 스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)은 그 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)이 분리되어 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있는 처리 서브스트림(sub-stream)(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)을 만들도록 계층화된다. 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)은 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)을 구하도록 처리되는 다수의 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44)으로 이를 나눔으로서 계층화될 수 있고, 각 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)은 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44) 중 하나를 나타낸다. 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)은 이어서 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)을 구하도록 조합된다. 계층화는 특정한 처리 서브스트림의 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)이 다른 비트 레이트이나 다른 전력 레벨, 또는 둘 모두와 같이, 서로 다른 전송 특성들을 갖도록 허용한다. 이는 계층이 분리되고 복호화됨에 따라 이들이 더 이상 다른 계층들에 대해 간섭되지 않으므로 각 처리 서브스트림의 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44) 중 일부에 대한 간섭을 감소시킨다. 그래서, 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)에 대해 더 높은 전체 비트 레이트를 허용하게 된다.
Figure R1020020006023
처리 서브스트림, 계층화, 다중 출력 시스템, 복호화

Description

시공간 체계를 가진 다중소자 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템 {WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM USING MULTI-ELEMENT ANTENNA HAVING A SPACE-TIME ARCHITECTURE}
도 1은 다중 입력, 다중 출력 무선 통신 시스템 일부를 설명하는 도면.
도 2는 도 1의 다중 입력, 다중 출력 시스템에서 사용되는 전송기를 보다 상세히 설명하는 도면.
도 3은 도 2의 전송기를 사용하는 도 1의 시스템 중 전송 안테나에서 전송되는 신호를 설명하는 도면.
도 4a 내지 도 4c는 도 2의 전송기를 사용하는 도 1의 시스템 중 수신 안테나 각각에서 수신되는 수신 안테나 신호를 설명하는 도면.
도 5는 도 4a 내지 도 4c의 수신 안테나 신호를 가중화하여 특정한 조합 가중화 (나머지) 수신 신호로 조합하는 것을 설명하는 도면.
도 6은 도 1의 다중 입력, 다중 출력 시스템에서 사용되는 본 발명의 한 실시예에 따른 전송기를 설명하는 도면.
도 7은 계층들이 서로 다른 비트 레이트를 갖는 처리 서브스트림을 만드는 본 발명의 한 실시예에 따른 계층기(stratifier)를 보다 상세히 설명하는 도면.
도 8은 도 6의 전송기를 사용하는 도 1의 시스템 중 전송 안테나에서 전송되는 신호를 설명하는 도면.
도 9a 내지 도 9c는 도 6의 전송기를 사용하는 도 1의 시스템 중 수신 안테나 각각에서 수신되는 수신 안테나 신호를 설명하는 도면.
도 10은 도 1의 다중 입력, 다중 출력 시스템에서 사용되는 본 발명에 따른 수신기를 설명하는 도면.
도 11은 계층들이 서로 다른 전력 레벨을 갖는 처리 서브스트림을 만드는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층기를 보다 상세히 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 무선 통신 시스템 130-1∼130-4 : 인코더/변조기
140 : 정류자 155 : 수신기
610-1∼610-4 : 계층기 634-1∼634-4 : 조합기
1125-1∼1125-4 : 계층 프로세서 1164-1∼1164-4 : 멀티플렉서
관련 출원에 대해
본 출원은 미국에서 2001년 2월 9일자로 출원된 가출원 번호 제 60/267956 호의 우선권 주장을 수반한다.
발명의 배경
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전송기에서의 다중 안테나 및/또는 수신기에서의 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
통신 시스템이 에러 없이 데이터를 통신할 수 있는 최대 정보 레이트, 즉 통신 시스템의 용량은 샤논(Shannon)의 공식에 의해 정해진다. 이 최대 정보 레이트는 샤논 제한치(Shannon limit)라 칭하여진다. 전송기에서 다중 안테나를 사용하고 수신기에서 선택적으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템, 즉 다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템은 단일 안테나 시스템, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 시스템과 비교해 매우 개선된 용량을 이룰 수 있다. 랜덤하게 산란되는 전파 환경에서, 수신기나 전송기(또는 둘 모두)의 안테나 수를 증가하면, 샤논 제한치가 더 커진다. 즉, 에러 없는 최대 정보 레이트가 더 커진다.
다중 입력 시스템에서, 원시 데이터 스트림(primitive data stream)-전송되는 비트-은 각각 처리되어 전송되는 다수의 서브스트림으로 나뉜다. 처리되는 각 서브스트림은 각각 다른 전송 안테나를 통해 전송될 수 있다. 그러나, 처리되는 각 서브스트림의 연속하는 세그먼트(segment)가 전송 안테나 중 다른 것을 통해 주기적으로(cyclically) 전송되도록 모든 안테나를 통해 처리되는 서브스트림을 순환시키는 것이 바람직하다.
각 전송 안테나로부터 방사되는 신호는 각 수신 안테나에 도착한다. 그래서, 각 수신 안테나에서 수신된 신호(수신 안테나가 하나 또는 다수인가 여부에 관계없이, 후자는 다중 출력 시스템이다)는 채널 특성에 의해 수정된 각 전송 신호의 중첩(superposition)이다. 전송된 신호가 각 수신 안테나 신호에서 서로 간섭되더라도, 수신 신호는 전송 신호를 서로 분리하도록 처리될 수 있고, 이어서 분리된 각 신호는 각 서브스트림을 회복하도록(to recover) 복호화(decoded)될 수 있다.
특히, 각 전송 신호는 각 서브스트림이 나중에 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있도록 서로 충분히 분리될 수 있게 충분히 높은 신호 대 잡음비로 수신될 필요가 있다. 이를 위해, 수신 안테나 신호의 다른 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 형성될 수 있고, 특정한 조합을 형성하는데 사용되는 가중치(weight)는 전송 신호 각각의 신호 대 잡음비를 최대화한다. (예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 G.J. Foschini 및 M.J. Gans, "다중 안테나를 사용할 때 페이딩 환경에서 무선 통신의 제한치에 대해(On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas)", Wireless Personal Communications, 6 Kluwer Academic Publishers, 1998, pp.311-335를 참고한다.) 그렇더라도, 충분히 높은 신호 대 잡음비를 얻기 위해서는 전송 신호는 그래도, 1) 비교적 낮은 비트 레이트로 전송되어야 하거나, 2) 일부 신호가 비교적 높은 전력 레벨로 전송되어야 한다. 전자의 경우에는 원시 데이터 스트림의 전체적인 비트 레이트가 낮아지고, 후자의 경우에는 원시 데이터 스트림의 전체적인 전력 레벨이 증가된다.
전력 레벨을 증가시킬 필요없이 원시 데이터 스트림의 비트 레이트를 증가시켜 시스템의 용량을 증가시키는 다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템을 실시하는 한가지 유리한 방법은 서브스트림을 나타내는 신호 전송의 시작을 스태거(stagger) 처리하는 것을 포함한다. 그래서, 제1 시간 간격에서는 단 하나의 서브스트림을 나타내는 단 하나의 신호만이 전송된다. 제2 시간 간격에서는 이 신호가 계속하여 전송되고, 또 다른 서브스트림을 나타내는 또 다른 신호의 전송이 시작되어, 모든 서브스트림을 나타내는 모든 신호가 전송될 때까지 계속된다.
이후에, 수신 안테나 신호는 서브스트림 각각을 나타내는 신호 중 하나의 층(layer)들을 복호화하도록 처리된다. 한 층은 특정한 서브스트림을 나타내는 신호 일부로, 그 층내의 심볼만을 참고하여 복호화될 수 있다. 예를 들어, 블록 코드의 코드 워드(block code code-word)를 나타내는 심볼들이 층을 구성할 수 있다.
특히, 이후 보다 상세히 설명될 바와 같이, 여러 시간 간격을 통해 수신된 수신 안테나 신호는 서브스트림 각각을 나타내는 신호들 중 하나의 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 가중치 세트로 가중화된다. 가중화된 수신 안테나 신호는 조합되고, 그 결과로 얻어지는 조합 가중화 수신 신호는 신호들 중 한 층을 복호화하도록 미리 처리된다. 복호화된 층은 재부호화되고, 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호를 만들도록 수신 안테나 신호로부터 감산된다. 나머지 수신 안테나 신호는 이어서 서브스트림 중 또 다른 것을 나타내는 또 다른 신호의 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 가중치 세트로 가중화된다. 가중화된 나머지 수신 안테나 신호는 조합된다. 결과는 이어서 다른 신호의 한 층을 복호화하도록 미리 처리된다. 복호화된 층은 재부호화되고, 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산된다.
앞서 설명한 복호화 처리는 제1 시간 간격 동안 한 서브스트림을 나타내는 신호만이 전송된다는 이점을 갖는다. 그래서, 다른 서브스트림을 나타내는 신호와 간섭이 없다. 그 결과로, 제1 시간 간격 동안 전송된 신호만이 비교적 높은 신호 대 잡음비를 갖는다. 전송 이전에 적절한 코드화를 가정하면, 비교적 높은 이러한 신호 대 잡음비는 나중 시간 간격에 다른 신호층으로 발생된 간섭이 있더라도 이 신호의 제1 층이 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있게 한다. 이어서, 복호화된 층은 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 그 층을 재구성하도록 재부호화되고 사용된다. 재구성된 제1 층은 수신 안테나 신호에서 감산되고, 다른 층에 대한 간섭 소스로서 이를 제거한다.
이어지는 층들의 복호화는, 수신 안테나 신호로부터 이미 복호화되어 재구성된 층들을 감산하고, 부가된 잡음으로서 복호화되지 않았던 층들로부터 간섭을 처리함으로써 실행된다. 특정의 전송된 신호의 층이 수용가능한 에러 레이트로 복호화된 후에, 재부호화되고 나머지 수신 안테나 신호-앞서 복호화된 층들이 감산된 이후 남은 수신 안테나 신호-로부터 감산된다. 이 처리는 다른 층에 대한 간섭 소스인 복호화 층을 제거한다. 이 처리는 모든 신호들의 모든 층들이 복호될 때까지 반복된다. 이 접근법은 특정한 층을 분리하기 이전에 적어도 그 특정한 층 일부에 대해 다른 층들의 간섭을 제거하기 때문에 비트 레이트를 증가시키도록 허용한다. 예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 미국 특허 6,097,771의 "다중 소자 안테나를 채용하는 층구조 시공간 체계를 갖춘 무선 통신 시스템(Wireless Communication System Having A Layered Space-Time Architecture Employing Multi-Element Antennas)"을 참고한다.
발명의 개요
불리하게는, 상술된 스태거(stagger) 시동 처리의 사용은 각 버스트(burst)의 시작 및 종료시 일부 안테나에서 전송되는 데이터가 없어 비트 레이트가 감소될 때가 있음을 의미한다. 그래서, 실제로 시스템의 비트 레이트를 감소시킨다.
본 발명은 다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템의 비트 레이트를 증가시키도록 허용하는 기술을 제공한다. 본 발명에 따라, 각 서브스트림은 그 계층들이 분리되어 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있는 처리 서브스트림을 만들도록 계층화된다. 전형적으로, 각 처리 서브스트림은 특정한 서브스트림을 나타낸다. 서브스트림은 예를 들어 계층들을 얻도록 처리된 다수의 서브스트림 구성성분으로 분할되어 계층화될 수 있고, 각 계층은 서브스트림 구성성분 중 하나를 나타낸다. 계층들은 이어서 처리된 서브스트림을 만들도록 조합되고, 처리된 서브스트림 구성성분 중 적어도 일부가 전송된다. 본 발명의 실시예에서는 처리된 서브스트림 중 일부가 신호 버스트의 전체 기간 동안, 즉 신호 버스트가 시작할 때부터 신호 버스트가 종료될 때까지 전송된다.
계층화는 특정한 처리 서브스트림의 계층들이 예를 들어, 다른 비트 레이트나 다른 전력 레벨, 또는 둘 모두와 같이 서로 다른 전송 특성을 가지고 전송되도록 허용한다. 이는 각 처리 서브스트림의 계층들 일부에 대해 간섭을 감소시킨다, 왜냐하면 계층들이 분리되어 복호화되기 때문에 그 계층들은 나머지 계층들에 대해 더 이상 간섭이 없기 때문이다. 그래서, 계층화는 처리 서브스트림에 대해 전체적인 비트 레이트를 더 높이도록 허용한다. 계층화는 또한 처리 서브스트림이 수용가능한 에러 레이트로 복호화되도록 허용하고 처리 서브스트림의 전체적인 비트 레이트를 비교적 높게 유지하면서 전송의 시작을 스태거시킬 필요 없이 많은 안테나에서, 또는 모든 안테나에서 동시에 전송을 시작하는 시동 처리(startup process)를 허용한다.
한 실시예에서, 특정한 서브스트림을 나타내는 특정한 처리 서브스트림의 계층에 대한 비트 레이트는 더 낮은 비트 레이트에서 더 높은 비트 레이트까지의 범위에 있다. 최저 레이트를 갖는 계층 중 적어도 일부는 먼저 조합된 수신 신호로부터 분리되어 수용가능한 에러 레이트로 복호화된다. 높은 간섭으로 인하여 비트 레이트가 비교적 낮기 때문에, 이 계층 중 일부는 전체적인 층(layer)에 걸쳐 다른 계층들로부터 간섭이 존재하더라도, 즉 스태거 처리가 없더라도 분리되고 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있다. 분리된 계층 부분은 이어서 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 계층들 일부를 재구성하도록 재부호화되어 사용된다. 이어서, 수신 안테나 신호로부터 감산되어, 나머지 계층들에 대한 간섭 소스로서 이를 제거한다. 이는 더 높은 비트 레이트를 갖는 계층 부분이 분리되어 (간섭의 감소로 인하여), 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이는 또한 나머지 계층들에 대한 간섭을 더 줄이므로, 더 높은 비트 레이트를 갖는 계층 부분이 분리되어, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 계층 및 모든 서브스트림 구성성분이 복호화될 때까지 계속된다. 특정한 서브스트림을 나타내는 특정한 처리 서브스트림의 계층에 대한 비트 레이트를 더 낮은 비트 레이트에서 더 높은 비트 레이트까지 범위를 포함하는 것은, 더 낮은 비트 레이트 보다 더 높은 비트 레이트에 가까워지는, 처리 서브스트림를 위한 전체적인 비트 레이트를 초래한다. 그래서, 제한된 기간의 버스트에 대해 - 샤논(Shannon) 공식에서 가정된 무한 기간의 이론적인 버스트에 접근하지 않는 버스트에 대해 - 처리 서브스트림의 비트 레이트는 신호가 계층화되지 않고 전송된 경우 보다 더 높고, 실제로 비트 레이트는 스태거 처리된 시동 처리가 사용된 경우 보다 더 높다.
유사하게, 또다른 실시예에서는 특정한 서브스트림을 나타내는 처리 서브스트림의 계층에 대한 전력 레벨이 더 높은 레벨에서 더 낮은 레벨까지의 범위에 있다. 최고 전력 레벨을 갖는 계층 중 적어도 일부가 먼저 분리되어, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 수신 안테나 신호로부터 감산된다. 이는 더 낮은 전력 레벨을 갖는 계층 부분이 이어서 분리되어 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 서브스트림 구성성분을 나타내는 모든 계층이 복호화될 때까지 계속된다. 제한된 기간의 버스트에 대해, 특정한 처리 서브스트림 계층의 전력 레벨의 범위를 정하는 것은, 실제로 스태거 처리된 시동 처리가 사용된 경우 보다 더 높은 비트 레이트를 초래한다. 따라서, 계층들의 전력 레벨을 정하는(ranges) 시스템이 비트 레이트의 범위를 정하는 시스템 보다 더 복잡하게 설계되더라도, 전자가 더 큰 설계 균일성을 허용한다.
선택적으로, 제3 실시예에서는 특정한 처리 서브스트림 계층들의 비트 레이트 및 전력 레벨의 범위 모두가 예를 들어, 각각 더 낮은 비트 레이트에서 더 높은 비트 레이트까지 또한 더 높은 전력 레벨에서 더 낮은 전력 레벨까지로 정해진다. 전체적인 처리 서브스트림의 최대 비트 레이트를 증가시키도록 최적의 비트 레이트 및 전력 레벨이 선택될 수 있으며, 시스템의 전체적인 용량을 증가시킬 수 있다.
상술된 바와 같이, 전송기에서 다중 안테나를 사용하고 수신기에서 선택적으로 다중 안테나를 사용하는 무선 통신 시스템, 즉 다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템은 단일 안테나 시스템, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 시스템(single antenna to single antenna system)과 비교해 현저히 개선된 용량-에러가 없는 최대 정보 레이트-을 달성할 수 있다. 랜덤하게 산란되는 전파 환경(scattering propagation environment)에서, 수신기나 전송기(또는 둘 모두)의 안테나 수를 증가하면, 샤논 제한치(Shannon limit)가 더 커진다. 즉, 에러 없는 최대 정보 레이트가 더 커진다.
도 1은 4개의 전송 안테나(105-1, 105-2, 105-3, 105-4) 및 3개의 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)를 갖춘 다중 입력, 다중 출력 무선 통신 시스템(100)을 설명한다. (비록 시스템(100)은 특정한 수의 전송 및 수신 안테나를 갖춘 것으로 논의되지만, 시스템(100)은 임의의 수의 전송 및 수신 안테나로 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.) 시스템(100)에서는 원시 데이터 스트림(primitive data stream)(115)-전송되는 비트-이 전송기(117)로 공급된다.
도 2는 전송기(117)를 보다 상세히 도시한다. 전송기(117)는 원시 데이터 스트림(115)을 수신하고, 디멀티플렉서(120)에서 이를 전형적으로 똑같은 비트 레이트를 갖는 다수의 서브스트림(sub-stream)(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)으로 디멀티플렉싱 처리한다. 전형적으로, 서브스트림의 수는 전송 안테나의 수와 똑같으므로, 일부 시점에서는 각 전송 안테나로 전송되는 서브스트림이 있다. 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4) 각각은 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 나타내는 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)를 만들도록 인코더/변조기(130-1, 130-2, 130-3, 130-4)와 같은 각 회로에서 처리된다. 각 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)는 이어서 각각 다른 전송 안테나를 통해 전송될 수 있다. 그러나, 바람직하게, 도 2에 도시된 바와 같이 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)는 각 신호의 연속하는 세그먼트(segment)가 전송 안테나 중 다른 것들을 통해 순환적으로 전송되도록 모든 전송 안테나에 걸쳐 정류자(commutator)(140)를 통해 순환된다. 그래서, 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)는 전송 및 수신 안테나 사이의 전송 경로를 통해 균형적으로 나타난다. 전송 경로는 도 1에 도시되고, 이는 여기서 채널(channel)이라 칭하여진다. 신호가 채널을 통해 균형된 출현을 공유하기 때문에, 각 신호 어떠한 것에도, 또한 이들 신호에 의해 나타내지는 서브스트림 어떠한 것에도 최악의 경로가 계속하여 주어지지 않는다. 이는 시간이 지남에 따라 그리고 각 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)가 전송 안테나를 통해 순환됨에 따라, 전송 안테나(105-1, 105-2, 105-3, 105-4)로부터 각각 방사된 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)가 다른 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)의 세그먼트 및 이들 신호로 각각 나타내지는 다른 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)의 세그먼트를 포함함을 의미한다. 예를 들어, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 제1 시간 간격 동안에는 안테나(105-1)를 통해 전송되는 신호(145-1)가 신호(135-1)이고, 제2 시간 간격 동안에는 이것이 신호(135-2)이고, 또한 제3 시간 간격 동안에는 이것이 신호(135-3)이다.
각 전송 및 수신 안테나 사이에는 채널이 있다. 각 채널은 자체 채널 특성을 갖는다. 이들 채널 특성은 복합 매트릭스 H로 나타내질 수 있다.
Figure 112002003530827-pat00001
(1)
여기서, hnm번째 엔트리(entry), n = 1, 2, 3 및 m = 1, 2, 3, 4는 제n 수신 안테나와 제m 전송 안테나 사이의 채널 특성을 나타낸다. 채널 특성은 공지된 신호가 각 전송 안테나(105-1 내지 105-4)에서 전송되는 동안 트레이닝 위상(training phase) 동안 수신기(155)에 의해 결정될 수 있다. 이들 공지된 신호는 채널 특성의 정확한 추정(estimate), 즉 전송 및 수신 안테나 사이의 hnm 번째 채널을 제공하도록 수신기(155)에서 처리된다. 채널 특성은 시간에 걸쳐 변하므로, 전형적으로 각 버스트(burst)의 시작시 트레이닝 위상이 있다.
각 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)는 각 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)에 도달한다. 그래서, 각 수신 안테나에서 수신된 신호(150-1, 150-2, 150-3)(하나 또는 다수의 수신 안테나가 있는가 여부에 관계없이)는 채널 특성과 플러스 잡음 벡터 η(plus noise vector)에 의해 수정된 각 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)의 중첩으로, 다음의 수신 안테나 신호를 만든다:
150-1 = h11x145-1 + h12x145-2 + h13x145-3 + h14x145-4 + η1 (2)
150-2 = h21x145-1 + h22x145-2 + h23x145-3 + h24x145-4 + η2 (3)
150-3 = h31x145-1 + h32x145-2 + h33x145-3 + h34x145-4 + η3 (4)
전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)가 각 수신 안테나 신호에서 서로 간섭되더라도, 나중 것들은 전송 신호, 즉 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)를 서로 분리하도록 처리될 수 있다. 각 분리 신호는 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 회복하도록 복호화될 수 있고, 이들은 이어서 원시 데이터 스트림을 얻도록 합산된다.
각 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)는 신호 대 잡음 플러스 간섭 비로 수신되고, 여기서 간섭은 동시에 전송된 신호들로부터의 간섭을 포함한다. 편의상, 신호 대 (잡음 플러스 간섭) 전력 비가 신호 대 잡음비로 칭하여진다. 각 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)는 서로 충분히 분리되어 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)이 되도록 그리고 이후에 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있도록 허용하기에 충분히 높은 신호 대 잡음비로 수신될 필요가 있다. 원시 데이터 스트림으로 나타내진 정보의 유형과 이들 정보의 원하는 용도는 최대 허용가능한 수용 에러 레이트를 결정한다. 예를 들어, 원시 데이터 스트림으로 나타내지는 정보가 음성(voice)이면, 수용가능한 에러 레이트는 1%이고; 그 정보가 민감한 재정적 데이터(sensitive financial data)이면, 수용가능한 에러 레이트는 0.001%이다. 더욱이, 수용가능한 에러 레이트는 트레이트 오프(trade off)로서 신호질을 증가시키려는 바램과 시스템의 비트 레이트를 증가시키려는 바램 사이에서 섬세하게 조정된다(fine-tuned).
서브스트림을 분리하여 복호화할 수 있도록, 수신 안테나 신호의 다른 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 형성될 수 있고, 가중화는 각 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 특정한 조합을 형성하는데 사용된다. (예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 G.J. Foschini 및 M.J. Gans, "다중 안테나를 사용할 때 페이딩 환경에서 무선 통신의 제한치에 대해 (On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas)", Wireless Personal Communications, 6 Kluwer Academic Publishers, 1998, pp.311-335를 참고한다.) 예를 들어, 특정한 시간에, 가중치 세트(w11, w12, w13)가 신호(135-1)의 신호 대 잡음비를 최대화하는데 사용될 수 있고, 그 가중치는 수신 안테나 신호에 적용되어 조합 가중화 (나머지) 수신 신호 w11x150-1 + w12x150-2 + w13x150-3을 형성하도록 조합된다. 다른 가중치 세트(w21, w22, w 23)는 동시에 전송된 또 다른 신호(135-2)의 신호 대 잡음비를 최대화하는데 사용될 수 있다.
특정한 시간에, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호에서 특정한 전송 신호-특정한 전송 안테나로부터-의 기여도를 강조하고, 다른 전송 신호의 기여도를 잡음과 같은 상태로 격하시키도록 시도한다. 이 방법에서, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 특정한 전송 신호를 더 닮도록 만들어지게 사용된다. 이것은, 1) 특정한 신호가 적절한 비트 레이트 또는 전력 레벨에 있거나, 2) 스태거(stagger) 시동 처리와 같은 추가 조작이 사용되는 경우에 특정한 전송 신호가 조합 가중화 (나머지) 수신 신호로부터 분리되어 복호화되도록 허용한다. 특정한 전송 신호는 이어서 이 전송 신호로 나타내지는 서브스트림의 비트를 검출하는데 사용된다. 특정한 전송 신호는 다른 전송 신호에 대한 간섭을 감소시키도록 재부호화되어 다른 전송 신호를 복호화하는데 사용될 조합 가중화 (나머지) 수신 신호로부터 감산된다.
불행하게도, 가중치를 사용하여도, 신호가 수용가능한 에러 레이트로 신호를 복호화할 수 있기에 충분히 높은 신호 대 잡음비로 수신되기 위해서는, 1) 비교적 낮은 비트 레이트로 전송되어야 하거나, 2) 전송될 신호의 일부가 비교적 높은 전력 레벨로 전송되어야 한다. 전자의 경우, 이는 원시 데이터 스트림의 전체적인 비트 레이트를 감소시키게 되고, 후자의 경우에는 원시 데이터 스트림의 전체적인 전력 레벨을 증가시키게 된다.
전력 레벨을 증가시킬 필요없이 비트 레이트를 증가시키는 시스템(100)을 실시하는 한가지 유리한 방법은 전송 신호(145-1, 145-2, 145-3, 145-4)의 전송 시작을 스태거 처리하는 것을 포함한다. 임의의 특정한 시간에 각 전송 신호는 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 나타내는 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4) 중 하나의 세그먼트를 포함하므로, 서브스트림의 전송 시작도 또한 스태거 처리된다. 그래서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기간 T를 갖는 제1 시간 간격에서는 신호(135-1)만이 전송된다. 상술된 바와 같이, 각 수신 신호(150-1, 150-2, 150-3)는 채널 특성 플러스 잡음 η에 의해 수정된 각 전송 신호의 중첩이다. 그러므로, 제1 시간 간격에서는 각 수신 안테나 신호가 제1 전송 안테나로 전송된 신호, 즉 전송 신호(145-1) 플러스 잡음만을 포함한다. 이는 각 수신 안테나 신호가 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 하나의 서브스트림(125-1)만을 나타내는 단 하나의 신호(135-1) 플러스 잡음을 포함함을 의미한다. 편의상, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 5에서는 잡음이 도시되지 않는다. 여기서는 이후로부터 다른 언급이 없으면 잡음이 수신 신호의 일부인 것으로 가정된다.
제2 시간 간격에서는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 신호(135-1)가 계속하여 전송되고, 또 다른 서브스트림(125-2)을 나타내는 또 다른 신호(135-2)의 전송이 시작된다. 이 처리는 모든 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 각각 나타내는 모든 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)가 전송될 때까지 계속된다. 그래서, 제2 시간 간격에서는 각 수신 안테나 신호가 도 4a, 도 4b, 및 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이 신호(135-1, 135-2)를 포함한다. 이는 각 수신 안테나 신호가 모든 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 각각 나타내는 모든 신호(135-1. 135-2, 135-3, 135-4)를 포함할 때까지 계속된다.
이후에, 수신 안테나 신호(150-1, 150-2, 150-3)는 전송 신호 중 하나의 층(layer)들을 복호화하도록 처리된다. 층은 그 층내의 심볼만을 참고로 복호화될 수 있는 신호의 일부(예를 들면, 특정한 수의 심볼)이다. 예를 들어, 비트를 심볼 로 부호화하는 도 2에 도시된 인코더/변조기(130-1, 130-2, 130-3, 130-4)에 의해 사용되는 코드가 블록 코드(block code)이면, 코드 워드(code-word)라 칭하여지는 특정한 수의 비트가 특정한 수의 심볼로 부호화된다. 이들 심볼은 코드 워드를 재구성하도록 다른 심볼없이 사용될 수 있다. 이 경우, 층은 코드 워드를 재구성하는데 사용될 수 있는 심볼 세트가 된다. 코드가 콘볼루션 코드(convolutional code)이면, 각 비트는 이전 비트를 사용하여 부호화된다. 이러한 코드에서는 필요에 따라, 코드내의 비트가 부호화되는 비트의 시작부 또는 종료부에 있는 종료 시퀀스를 사용하여 앞서 부호화된 비트만을 사용하여 부호화될 수 있다. 이 방법으로, 특정한 수의 심볼이 다른 심볼을 참고로 하지 않고 복호화될 수 있다.
층은 임의의 수의 심볼을 포함할 수 있고, 각 심볼은 전형적으로 2차원(복소수)이다.
신호(135-1)의 제1 층은 도 3에서 대각선(350)을 따라 있는 신호로 도시되고, 신호(135-2)의 제1 층은 대각선(355)을 따라 도시된다.
편의상, 예를 들어, 신호(135-1)의 제1 층이 시간 간격(1) 내지 시간 간격(4)에서 전송되고 신호(135-2)의 제1 층이 시간 간격(2) 내지 시간 간격(5)에서 전송되는 것과 같이, 각 층이 인접하게(contiguously) 전송되는 방법이 설명된다. 그러나, 층은 절반으로 전송되어, 각 절반이 시간에 대해 신호의 반대 끝부분에 있을 수 있다. 예를 들어, 신호(135-1)의 제1 층의 절반은 시간 간격(1) 내지 시간 간격(4)에서 신호의 시작부에서 전송될 수 있고, 이 층의 다른 절반은 시간 간격(N-3) 내지 (N)에서 신호의 종료부에서 전송될 수 있다. 도 3 및 도 4a 내지 도 4c에서 볼 수 있는 바와 같이, 이 방법에서는 제N 시간 간격이 제1 시간 간격과 공통적으로 한 처리 서브스트림을 나타내는 단 하나의 신호만을 포함한다는 이점을 갖는다. 이것이 제1 시간 간격에서 전송되는 신호(135-1)와 똑같으면, 제1 및 제N 시간 간격에서는 모두 이들 시간 간격 동안 다른 신호가 이와 간섭되지 않으므로, 신호(135-1)가 양호한 신호 대 잡음비로 수신된다. 신호의 종료부로부터 특정한 수의 시간 간격이 되는 시간 간격은 신호의 시작부로부터 똑같은 수의 시간 간격인 각 시간 간격과, 똑같은 서브스트림을 나타내는, 똑같은 신호를 포함한다. 예를 들어, 제N-1 시간 간격은 제2 시간 간격과 똑같은 서브스트림을 포함한다. 이는 인접하여 전송될 때 층을 복호화하고 감산하는 후술될 처리가 2개의 절반으로 전송될 때 그 층을 복호화하고 감산하는데 사용되도록 허용한다.
층은 전형적으로 수 개의 시간 간격을 통해 수신된다. 본 실시예에서는 한 층이 4개의 시간 간격을 통해 수신된다. (그러나, 한 층은 인코더/변조기(130-1, 130-2, 130-3, 130-4)에서 사용되는 코드화에 의존하여 임의의 수의 시간 간격을 통해 수신될 수 있다) 도 4a, 도 4b, 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 신호(135-1)의 제1 층은 각각 대각선(450, 451, 452)을 따라 도시된 시간 간격(1 내지 4) 동안 각 수신 안테나(150-1, 150-2, 150-3)에서 수신된다. 각 층의 각 세그먼트는 이동된 특정 채널의 채널 특성 hnm에 의해 수정됨을 주목하여야 한다. 4개의 시간 간격을 통해 수신된 수신 안테나 신호(510-1, 510-2, 510-3)는 도 5에 도시된 바와 같이, 신호(135-1)의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 가중치 세트로 가중화된다. 전형적으로, 신호(135-1)는 다른 시간 간격에 다른 전송 안테나로 전송되므로, 각 시간 간격에서는 다른 가중치 세트가 사용된다. 가중화된 수신 안테나 신호는 이어서 조합 가중화 (나머지) 수신 신호(520)를 만들도록 조합되고, 신호(135-1)의 제1 층을 복호화하도록 미리 처리되어 서브스트림(125-1) 중 특정한 수의 비트를 얻는다. 조합 가중화 (나머지) 수신 신호에서 신호(135-1)의 제1 층은 대각선(550)을 따라 도시된다.
특히, 복호화 처리는 제1 시간 간격 동안 수신 안테나 신호가 단 하나의 신호, 즉 (135-1)만을 포함한다는 이점을 갖는다. 그래서, 다른 신호로부터의 간섭이 없다. 그 결과로, 신호(135-1)는 제1 시간 간격 동안 비교적 높은 신호 대 잡음비를 갖는다. 전송 이전에 적절하게 코드화된다고 가정하면, 높은 신호 대 잡음비는 나중 시간 간격에서 다른 신호의 층들에 의해 발생된 간섭이 존재하더라도 수용가능한 에러 레이트로 제1 층이 복호화될 수 있게 한다. 복호화된 층은 이어서 재부호화되고, 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 신호(135-1)의 층을 재구성하는데 사용된다. 재구성된 층은 예를 들어, 수신 안테나 신호로부터 이를 감산하여 나머지 수신 안테나 신호를 만듦으로서, 후술될 바와 같이 다른 층에 대한 간섭 소스로서 소거된다.
유사하게, 신호(135-2)의 제1 층은 시간 간격(2 내지 5) 동안 각 수신 안테나에서 수신된다. 수신 안테나 신호(간격(2-4)에서의 나머지 수신 안테나 신호와 간격(4)에서의 수신 안테나 신호)(560-1, 560-2, 560-3)는 이들 시간 간격 각각에서 신호(135-2)의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 가중화된다. 가중화된 수신 안테나 신호는 이어서 조합 가중화 (나머지) 수신 신호를 만들도록 조합된다. 제2 시간 간격 동안에는 2개의 신호(135-1, 135-2)만이 수신되어 있고, 신호(135-1)의 층은 간섭 소스로서 제거되므로, 이 시간 간격 동안에는 다른 신호(135-1, 135-3, 135-4)로부터 신호(135-2)에 대한 간섭이 없다. 그 결과로, 신호(135-2)는 제2 시간 간격 동안 비교적 높은 신호 대 잡음비를 갖는다. 이는 대각선(555)을 따라 도시된 신호(135-2)의 제1 층에 대해 보다 정확한 예비 처리 및 복호화를 허용한다.
이어지는 층들의 복호화는 유사하게 실행된다. 즉, 나머지 수신 안테나 신호(재구성된 층들이 감산되지 않은 간격에서는 수신 안테나 신호)는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호를 형성하도록 가중화되고 조합된다. 복호화되지 않은 층들로부터의 간섭은 부가된 잡음으로 다루어진다. 특정한 신호(135-1, 135-2, 135-3, 또는 135-4)의 층이 복호화된 이후에는 재부호화되어 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산되고, 다른 층에 대한 간섭 소스로서 이를 제거한다. 이 처리는 각각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 나타내는 모든 신호(135-1, 135-2, 135-3, 135-4)의 모든 층들이 복호화될 때까지 반복된다. 이 접근법은 특정한 층을 분리하기 이전에 다른 층들의 간섭이 특정한 층 중 적어도 일부에 대해 제거되므로 비트 레이트가 증가되도록 허용한다. 예를 들어, 미국 특허 제 6,097,771 호의 "다중 소자 안테나를 채용하는 층구조 시공간 체계를 갖춘 무선 통신 시스템(Wireless Communication System Having A Layered Space-Time Architecture Employing Multi-Element Antennas)"를 참고한다.
불리하게는, 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 스태거 처리된 시동 처리의 사용은 각 버스트의 시작부 및 종료부에 일부 전송 안테나에서 전송되는 데이터가 없는 시간 간격, 특정하게 본 예에서는 시간 간격(1, 2, 3, N-2, N-1, N)이 있음을 의미한다. 이는 구성성분 데이터 스트림을 충분히 분리할 수 있도록 비트 레이트를 감소시킬 필요 없이 모든 시간 간격에서 모든 전송 안테나에 전송이 있는 경우 이루어질 수 있는 것 보다 더 낮은 비트 레이트를 생성한다.
더욱이, 서브스트림은 서브스트림의 각 비트가 서브스트림을 나타내는 층내의 모든 심볼을 통해 확산되도록 부호화되고, 이는 서브스트림을 나타내는 층의 각 심볼이 서브스트림의 각 비트값의 함수임을 의미한다. 강한 간섭 및/또는 잡음이 있으면, 특정한 수의 심볼이 변형될 수 있다. 즉, 이 심볼들은 정확하게 수신되지 않는다. 층이 길 때, 그 층에 의해 나타내지는 서브스트림의 비트는 변형되지 않은 심볼들로부터 계속 복호화될 수 있다. 그러나, 층이 짧으면, 변형된 심볼은 그 층내의 심볼만 될 수 있어 이 층으로 나타내지는 비트를 정확하게 복호화하는 비변형 심볼이 없게 된다. 그러므로, 이들 비트에는 에러가 발생된다. 그래서, 층내의 심볼의 수가 증가됨에 따라, 그 신뢰성-간섭 및/또는 잡음에 대한 저항력-도 증가된다. 그러므로, 각 층에서 심볼의 수를 증가시키는 것이 유리하다. 그러나, 도 3, 도 4a, 도 4b, 도 4c, 및 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 상술된 스태거 처리에서는 층의 기간을 유지할 필요가 있으므로, 층내의 심볼수가 매우 작다. 예를 들어, 실시예에서는 한 층이 기간내에 4개의 시간 간격이다. 다른 서브스트림을 나타내는 더 많은 층들(즉, 간섭층)이 그 층과 간섭함에 따라 신호 대 잡음비가 더 나빠지기 때문에, 층이 똑같은 서브스트림을 나타내는 다음 층을 계속하여 포함하기를 원할 때, 그렇게 하는 것은 유리하지 않다. 그래서, 복호화하기가 더 어려워지므로, 그 층의 신뢰성을 감소시키기 때문에 이 방법으로 확장될 수 없다.
각 층의 지속기간은 각 시간 간격의 지속기간을 증가시킴으로서 증가될 수 있고, 그에 따라 층의 신뢰성을 증가시키게 된다. 그러나, 이는 데이터가 전송되지 않을 때 각 버스트의 시작부 및 종료부에서 시공간을 증가시키므로, 불리하게 비트 레이트를 감소시키게 된다.
본 발명은 다중 입력 및/또는 다중 출력 시스템의 비트 레이트를 더 증가시키도록 허용하는 기술을 제공한다. 본 발명에 따라, 각 서브스트림은 전형적으로 서브스트림을 나타내게 되는 처리 서브스트림을 만들도록 계층화된다. 처리 서브스트림의 계층은 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화될 수 있다. 서브스트림은 예를 들어, 각 계층이 서브스트림 구성성분 중 하나를 나타내는 계층들을 얻도록 처리되는 다수의 서브스트림 구성성분으로 나누어 계층화될 수 있고, 그 계층들은 처리 서브스트림을 구하도록 조합된다. 처리 서브스트림은 이어서 전송된다.
계층화는 특정한 처리 서브스트림의 계층들이 다른 비트 레이트나 다른 전력 레벨, 또는 둘 모두와 같이, 서로 다른 전송 특성을 갖도록 허용한다. 이는 처리 서브스트림이 수용가능한 에러 레이트로 복호화되도록 허용하고 처리 서브스트림의 전체적인 비트 레이트를 비교적 높게, 또한 전체적인 전력 레벨을 비교적 낮게 유지하면서, 유리하게 전송의 시작을 스태거 처리할 필요 없이 많은 안테나 또는 모든 안테나에서 동시에 다수의 처리 서브스트림의 전송을 시작하는 시동 처리를 허용한다.
도 6은 본 발명의 원리에 따른 전송기(617)를 도시한다. 전송기(617)는 도 1의 다중 입력, 다중 출력 무선 통신 시스템(100)에서 전송기(117)를 대신하여 사용될 수 있다. 전송기(617)는 원시 데이터 스트림(115)을 수신하고, 이를 디멀티플렉서(120)에서 다수의 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)으로 디멀티플렉싱 처리한다. 실례로, 서브스트림의 수는 전송 안테나의 수와 똑같으므로, 일부 시점에서 각 전송 안테나에 한 서브스트림이 전송된다. 그러나, 서브스트림의 수는 전송 안테나의 수 보다 더 크거나 작을 수 있다.
각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)은 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 나타내는 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)을 각각 만들도록 계층기(stratifier)(610-1, 610-2, 610-3, 610-4)에서 처리된다. 각 계층기는 각각 디멀티플렉서(620-1, 620-2, 620-3, 620-4)에서 각 서브스트림을 다수의 서브스트림 구성성분들 (625-11, 625-12, 625-13, 625-14); (625-21, 625-22, 625-23, 625-24); (625-31, 625-32, 625-33, 625-34); 및 (625-41, 625-42, 625-43, 625-44)으로 각각 디멀티플렉싱 처리한다. 각 서브스트림 구성성분은 각각 계층들을 만들도록 인코더/변조기(630-11, 630-12, 630-13, 630-14, 630-21, 630-22, 630-23, 630-24, 630-31, 630-32, 630-33, 630-34, 630-41, 630-42, 630-43, 630-44)와 같은 각 회로에서 처리된다. 인코더에 의해 사용되는 코드는 예를 들어, 비트가 독립적으로 코드화되는 코드 또는 비트가 독립적으로 코드화되는 똑같은 구조의 코드와 같은 임의의 코드가 될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에서는 코드가 심볼에 대한 비트의 맵핑(mapping)을 선택하는데 똑같은 선택 처리를 사용하는 것이 될 수 있지만, 결과의 심볼은 각 계층에 대해 다르다. 이후 설명될 바와 같이, 이러한 코드화는 계층을 복호화하는 것을 더 쉽게 만든다. 전송 신호가 CDMA(Code Division Multiple Access) 표준에 따라 무선 인터페이스(air interface)를 사용하여 전송되면, 각 인코더/변조기는 다른 코드화에 부가하여, 각 서브스트림 구성성분을 왈시 코드(Walsh code)-직교 확산 코드(orthogonal spreading code)-로 확산시키고, 긴 스크램블링 코드(scrambling code)로도 확산시킬 수 있다. 본 실시예에서는 모든 인코더/변조기가 똑같은 왈시 코드를 사용한다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 각 인코더/변조기가 다른 왈시 코드를 사용하거나, 예를 들어 각 계층기의 인코더/변조기와 같이, 인코더/변조기의 그룹이 다른 그룹의 인코더/변조기에 의해 사용되는 왈시 코드와 다른 동일 왈시 코드를 사용할 수 있다.
각 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)은 각각 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44)을 나타내는 신호이다.
특정한 서브스트림의 서브스트림 구성성분을 나타내는 계층들은 예를 들어, 합산 회로(summing circuits)가 될 수 있는 조합기(634-1, 634-2, 634-3, 634-4)에서 재조합된다. 그래서, 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14)은 조합기(634-1)에서 조합되어 처리 서브스트림(635-1)을 형성한다. 유사하게, 계층(632-21, 632-22, 632-23, 632-24)은 조합기(634-2)에서 조합되어 처리 서브스트림(635-2)을 형성한다. 계층(632-31, 632-32, 632-33, 632-34)은 조합기(634-3)에서 조합되어 처리 서브스트림(635-3)을 형성한다. 또한, 계층(632-41, 632-42, 632-43, 632-44)은 조합기(634-4)에서 조합되어 처리 서브스트림(635-4)을 형성한다. 조합기는 예를 들어, 합산기가 될 수 있다.
각 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 이어서 각각 다른 전송 안테나를 통해 전송될 수 있다. 그러나, 바람직하게 도 6에 도시된 바와 같이, 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 상술된 방식으로 모든 전송 안테나에 걸쳐 정류자(140)를 통해 순환되므로, 각 처리 서브스트림의 이어지는 세그먼트는 순환적으로 전송 안테나 중 다른 것들을 통해 전송된다. 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 도 1에 도시된 전송 및 안테나 사이의 각 채널을 통해 균형적인 출현을 공유한다. 그러므로, 개별적인 처리 서브스트림 중 어떠한 것에도 연속적으로 최악의 채널이 주어지지 않는다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이, 특정한 시점에, 각 처리 서브스트림은 전송 안테나 각각에 인가된다. 그래서, 특정한 시점에, 한 처리 서브스트림의 계층들이 한 전송 안테나에 인가된다. (그러나, 본 발명의 다른 실시예에서는 특정한 시점에 처리 서브스트림이 수개의 전송 안테나를 통해 전송되거나, 수개의 처리 서브스트림이 똑같은 전송 안테나를 통해 전송될 수 있다.)
상술된 바와 같이, 특정한 처리 서브스트림의 계층들은 서로 다른 비트 레이트나 서로 다른 전력 레벨로, 또는 둘 모두로 전송될 수 있다. 이는 계속하여 수용가능한 에러 레이트 및 비교적 높은 전체적인 처리 서브스트림 비트 레이트를 유지하면서, 전송의 시작을 스태거 처리할 필요없이 많은 안테나 또는 모든 안테나에서 전송의 시작을 허용한다.
도 7은 특정한 처리 서브스트림의 계층들이 더 낮은 범위에서 더 높은 범위에 있는 경우 본 발명의 한 실시예에 따른 계층기(610-1)를 보다 상세히 도시한다. 계층기(610-1)는 서브스트림(125-1)을 다른 비트 레이트(r-1, r-2, r-3, r-4)의 다수의 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14)으로 각각 디멀티플렉싱 처리하는 가변 레이트 디멀티플렉서(620-1)를 포함한다. 이들 비트 레이트 사이의 관계는 설계의 균일성에 대한 바램과 처리 서브스트림의 비트 레이트를 주어진 특정한 수의 계층에서 가능한한 빠르고 가능한한 높은 전체 비트 레이트에 이르게 하려는 바램 사이에서 중재된다. 예를 들어, 이들 비트 레이트는 1을 조금 넘는 계수에서 약 3 배수의 계수까지의 계수가 될 수 있다. 그래서, 예를 들어, r-2는 r-1의 2배가 되고, r-3은 r-2의 2배가 될 수 있다. 각 서브스트림 구성성분은 각각 인코더/변조기(630-11, 630-12, 630-13, 630-14) 중 하나에서 처리되어 계층(632-11, 632-21, 632-13, 632-14)을 만들게 된다. 계층들은 이어서 조합기(634-1)에서 재조합되어 처리 서브스트림(635-1)을 형성한다. 그래서, 처리 서브스트림(635-1)은: 1) 비트 레이트 r-1을 갖는 계층(625-11), 2) 비트 레이트 r-2를 갖는 계층(625-12), 3) 비트 레이트 r-3을 갖는 계층(625-13), 및 4) 비트 레이트 r-4를 갖는 계층(625-14)으로 구성된다. 다른 서브스트림 구성성분(125-2, 125-3, 125-4)은 각각 유사하게 계층기(610-2, 610-3, 610-4)에서 처리되어 다른 비트 레이트의 계층들로 각각 구성된 처리 서브스트림(635-2, 635-3, 635-4)을 만든다. 상술된 바와 같이, 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 전체 전송 안테나에 걸쳐 정류자(140)를 통해 순환된다. 그래서, 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, 시간이 지나 각 처리 서브스트림이 전송 안테나를 통해 순환됨에 따라, 전송 안테나(105-1, 105-2, 105-3, 105-4)로부터 각각 방사되는 각 전송 신호(645-1, 645-2, 645-3, 645-4)는 다른 처리 서브스트림의 세그먼트를 포함한다. 순환되는 처리 서브스트림은 이어서 안테나(105-1, 105-2, 105-3, 105-4)를 통해 전송된다. 다른 비트 레이트를 선택하는데 있어서의 또다른 정보에 대해서는 부록 A를 참고한다.
각 전송 신호(645-1, 645-2, 645-3, 645-4) 및 각 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 645-4)은 각 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)에 도착한다. 그래서, 각 수신 안테나에서 수신된 신호(650-1, 650-2, 650-3)(하나 또는 다수의 수신 안테나가 있는가 여부에 관계없이)는 채널 특성 플러스 잡음 η에 의해 수정된 각 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)의 중첩이다. 수신 안테나 신호는 도 9a, 도 9b, 및 도 9c에 도시된다. 편의상, 잡음은 도 9a, 도 9b, 및 도 9c에서 도시되지 않는다. 여기서는 다른 언급이 없는 경우 잡음이 수신 신호의 일부인 것으로 가정된다.
도 10은 본 발명에 따른 수신기(1155)를 설명한다. 수신기(1155)는 도 1의 다중 입력, 다중 출력 시스템(100)에서 수신기(115)를 대치하는데 사용될 수 있다. 수신 안테나 신호(650-1, 650-2, 650-3)는 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)의 출력을 통해 프로세서(1120)에 제공되고, 여기서 수신 안테나 신호(650-1, 650-2, 650-3)는 전송 신호 각각의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 가중화되어 조합된다. (예를 들어, 여기서 참고로 포함되는 G.J. Foschini 및 M.J. Gans, "다중 안테나를 사용할 때 페이딩 환경에서 무선 통신의 제한치에 대해(On Limits of Wireless Communications in a Fading Environment When Using Multiple Antennas)", Wireless Personal Communications, 6 Kluwer Academic Publishers, 1998, pp.311-335를 참고한다.) 조합 가중화 (나머지) 수신 신호 중 적어도 일부는 각 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4) 중 적어도 일부, 층으로서 복호화하도록 처리기(1120)의 계층 프로세서(1125-1, 1125-2, 1125-3, 1125-4)에서 각각 처리된다. 처리 서브스트림(635-1) 중 제1 층은 도 8에서 대각선(850)을 따라 있는 신호로 도시되고, 처리 서브스트림(635-2)의 제1 층은 대각선(855)을 따라 있는 신호이다.
상술된 바와 같이, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호에서 특정한 전송 신호의 기여도를 강조하고 다른 전송 신호의 기여도를 잡음과 같은 상태로 격하시키도록 시도하는데 사용될 수 있다. 유사하게, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호에서 전송 신호의 특정한 계층의 기여도를 강조하는데 사용될 수 있다. 이 방식으로, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 계층을 더 근접하게 닮도록 하는데 사용된다. 이것은 1) 특정한 전송 신호가 적절한 비트 레이트에 있거나, 2) 스태거 시동 처리와 같은 추가 조작이 사용되는 경우, 특정한 계층이 분리되어 조합 가중화 (나머지) 수신 신호로부터 복호화되도록 허용한다.
전형적으로, 층이 각 처리 서브스트림 중 많은 부분을 포함하는 것이 유리하다. 층이 수신되는 시간 간격의 수는 인코더/변조기(630-11 내지 630-44)에서 사용되는 코드화에 의존한다. 바람직한 실시예에서, 각 층은 단일 신호 버스트에서 전송된 전체적인 각 처리 서브스트림, 즉 신호 버스트의 시작부로부터 종료부까지 전송되는 처리 서브스트림을 포함한다. 예를 들어, 처리 서브스트림(635-1)의 제1 층은 전체적인 처리 서브스트림(635-1)을 포함할 수 있다. 다른 방법으로, 처리 서브스트림(635-1)의 제1 층은 대각선(850)을 따라 있는 신호 및 시간 간격(5)의 상단 박스에 있는 신호를 포함하고, 원하는 수의 시간 간격에 대해 더 계속될 수 있다. 본 발명의 이점은 층을 구성하는 심볼의 수가 증가될 수 있어, 신뢰성-간섭 및/또는 잡음에 대한 저항-을 증가시킬 수 있다는 점이다. 이는 스태거 처리된 시동 처리에서 상술된 가능한 문제점 중 일부를 제거한다. 그러나, 편의상, 각 층은 4개의 시간 간격을 통해 전송되는 처리 서브스트림 일부인 것으로 설명된다.
처리 서브스트림(635-1)의 제1 층은 도 9a, 도 9b, 및 도 9c에 도시된 바와 같이 각각 대각선(950, 951, 952)을 따라 시간 간격(1 내지 4) 동안 각 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)에서 수신된다. 이들 4개의 시간 간격을 통해 수신된 수신 안테나 신호는 각 계층 프로세서(1125-1, 1125-3, 1125-3, 1125-4)에서 가중치 세트로 가중화되어, 각각이 각 시간 간격에서 다른 조합 가중화 수신 신호를 만든다. (그래서, 수신 안테나 신호는 각 시간 간격에서 4개의 다른 조합 가중화 수신 신호를 만들도록 각 시간 간격에 4개의 가중치 세트로 프로세서(1120)에서 가중화된다.) 특정한 시간 간격에서는 이들 조합 가중화 수신 신호 각각이 서브스트림 구성성분 중 하나를 나타내는 한 계층의 신호 대 잡음비를 최대화한다. 이제는 2개의 처리 서브스트림(635-1, 635-2)에 대해 이 처리가 보다 상세히 설명된다. 수신 안테나 신호(650-1, 650-2, 650-3)는 서브스트림(125-1)을 나타내는 처리 서브스트림(635-1)의 한 계층의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 가중치 세트로 계층 프로세서(1125-1)에서 가중화된다. 전형적으로, 처리 서브스트림(635-1)은 다른 시간 간격에서 다른 전송 안테나로 전송되므로, 각 시간 간격에서는 다른 가중치 세트가 사용된다. 가중화된 수신 안테나 신호는 이어서 조합 가중화 (나머지) 수신 신호를 만들도록 계층 프로세서(1125-1)에서 조합된다. 조합 가중화 (나머지) 수신 신호는 다음 절에서 설명될 바와 같이 디코더(1127-11, 1127-12, 1127-13, 1127-14)에서 미리 처리되어, 서브스트림(125-1)을 나타내는 처리 서브스트림(635-1)의 제1 층에 대한 계층들을 복호화한다. 유사하게, 수신 안테나 신호는 이들 시간 간격 각각에서 처리 서브스트림(635-2)의 한 계층의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 계층 프로세서(1125-2)에서 가중화된다. 가중화된 수신 안테나 신호는 이어서 조합 가중화 (나머지) 수신 신호를 만들도록 조합된다. 조합 가중화 (나머지) 수신 신호는 이어서 다음 절에서 설명될 바와 같이 미리 처리되어, 서브스트림(125-2)을 나타내는 처리 서브스트림(635-2)의 제1 층에 대한 계층을 복호화한다. 2개의 다른 처리 서브스트림에 대한 조합 가중화 (나머지) 수신 신호는 유사하게 구해진다.
일단 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 구해지면, 계층 프로세서(1125-1)는 가장 낮은 비트 레이트로 처리 서브스트림의 계층, 즉 계층(632-11)을 분리하고, 계층(632-11)이 수용가능한 에러 레이트로 복호화되는 디코더(1127-11)로 이를 전달한다. 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호에서 특정한 계층의 기여도를 강조하고 동시에 전송된 다른 계층의 기여도를 잡음과 같은 상태로 격하시키도록 선택된다. 이 방법에서, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 특정한 계층을 더 근접하게 닮도록 만들기 위해 사용된다. 그래서, 각 계층은 조합 가중화 (나머지) 수신 신호 중 하나에서 강조된다. 계층(632-11)의 비트 레이트가 비교적 낮으면, 이후 보다 상세히 설명될 바와 같이, 수용가능한 에러 레이트로 이 계층의 심볼들을 구별하고 복호화하여 서브 데이터 스트림 구성성분(625-11)의 비트를 만들도록 처리 서브스트림(635-1)을 강조하는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호의 사용을 용이하게 한다. 서브스트림 구성성분(625-11)의 복호화된 비트는 이어서 멀티플렉서(1164-1)로 제공된다.
서브스트림 구성성분(625-11)의 복호화 비트는 인코더/변조기(1130-11)에서 재부호화되어, 수신 안테나에 의해 수신되었던 형태로 계층들을 재구성한다. 계층은 이어서 계층 프로세서(1125-1)에서 각 수신 안테나 신호로부터 감산된다. 수신 안테나 신호에서 이 계층을 감산하면, 나머지 계층들에 대한 간섭 소스로서 이 계층이 제거된다. 이는 더 높은 비트 레이트를 갖는 층의 계층이 가중치로 이 계층을 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 계층 프로세서(1125-1) 및 디코더(1127-2)에서 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 멀티플렉서(1164-1)로 제공되고, 인코더/변조기(1130-12)에서 재구성되고, 또한 계층 프로세서(1125-1)에서 나머지 수신 안테나 신호 각각으로부터 감산되도록 허용한다. (나머지 수신 안테나 신호는 앞서 재구성된 계층이 수신 안테나 신호로부터 감산된 이후 남겨지는 수신 안테나 신호임을 주목한다.) 이 재구성 계층을 감산하는 것은 나머지 계층들에 대한 간섭을 더 줄이므로, 다소 높은 비트 레이트를 갖는 층의 계층이라도 가중치로 이 계층을 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 멀티플렉서(1164-1)로 제공되고, 재구성되고, 또한 나머지 수신 안테나 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 서브스트림 구성성분을 나타내는 모든 계층들이 복호화될 때까지 계속된다. 서브 데이터 스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14)은 서브스트림(125-1)을 만들도록 멀티플렉서(1164-1)에서 멀티플렉싱 처리된다.
각 처리 서브스트림내에서 똑같은 순서로, 예를 들어 두 번째로 복호화된 각 처리 서브스트림으로부터의 한 계층의 수집은 이들 계층이 똑같은 비트 레이트를 갖는가 여부에 관계없이 플라이(ply)라 칭하여진다.
금방 설명된 처리에서는 수개의, 또는 모든 처리 서브스트림이 1) 동시에, 2) 연속하여, 또는 3) 2개의 조합으로 처리될 수 있다. 그래서, 제1 경우에서는 프로세서(1120)가 특정한 플라이의 일부인 각 계층을 분리하여 복호화하도록 각 처리 서브스트림을 동시에 처리할 수 있다. 이 경우에는 특정한 플라이의 일부인 모든 계층들이 그 플라이내의 나머지 계층들과 똑같은 비트 레이트를 갖게 되는 것이 유리하다.
제2 경우에서는 가장 낮은 비트 레이트를 갖는 플라이내의 계층들이 연속하여 처리되고, 이어서 더 높은 비트 레이트를 갖는 플라이내의 계층들이 연속하여 처리될 수 있다. 이 경우에는 먼저 처리된 서브스트림의 최저 비트 레이트가 모든 계층의 최저 비트 레이트로 처리되는 것이 유리하다. 다른 처리 서브스트림 중 최저 비트 레이트를 갖는 계층들은 연속적으로 더 높아지지만, 먼저 처리된 서브스트림의 두 번째 높은 비트 레이트를 갖는 계층의 비트 레이트 보다는 더 낮다.
다른 대안적인 경우에서는 처리 서브스트림이 상기 경우의 몇가지 조합에 따라 처리될 수 있다. 그래서, 예를 들어, 처리 서브스트림(635-1, 635-2)은 제1 경우에 따라 동시에 처리될 수 있다. 이어서, 처리 서브스트림(635-3)은 상술된 제2 경우에 따라 (635-1, 635-2)에 이어서 처리되고, 유사하게 처리 서브스트림(635-4)은 처리 서브스트림(635-3)에 이어서 처리될 수 있다.
(부가적으로, 덜 바람직하지만 또 다른 경우에서는 또 다른 처리 서브스트림의 임의의 계층에 대한 층들이 분리되어 복호화되기 이전에 한 처리 서브스트림의 각 계층에서 적어도 한 층이 분리되어 복호화된다. 이 경우에는 (635-1)과 같이 먼저 복호화될 처리 서브스트림의 계층이 (635-2)와 같이 이어서 복호화될 처리 서브스트림의 계층 보다 더 낮은 비트 레이트가 되는 것이 유리하다.)
그러나, 상기 경우 중 일부에서는 계층의 비트 레이트에 대해 유리한 계층구조(hierarchy)가 제안되고, 그 경우의 비트 레이트에 대한 계층 구조는 임의의 종류가 될 수 있다. 예를 들어, 처리 서브스트림이 처리되는 방법에 관계없이, 특정한 플라이의 일부인 모든 계층들이 그 플라이내의 나머지 계층과 똑같은 비트 레이트를 가질 수 있다.
특정한 처리 서브스트림 계층들이 비트 레이트를 더 낮은 비트 레이트에서 더 높은 비트 레이트의 범위로 정하면, 처리 서브스트림에 대한 전체적인 비트 레이트는 층들이 계층화되지 않은 경우의 비트 레이트 보다 더 높게 생성된다.
상술된 바와 같이, 일단 서브스트림 구성성분이 복호화되면, 이들은 프로세서(1120)의 멀티플렉서(1164-1, 1164-2, 1164-3, 1164-4)에서 멀티플렉싱 처리되어 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)을 얻을 수 있다. 그래서, (625-11, 625-12, 625-13, 625-14)는 멀티플렉싱 처리되어 (125-1)을 생성하게 된다. (625-21, 625-22, 625-23, 625-24)는 멀티플렉싱 처리되어 (125-2)를 생성하게 된다. (625-31, 625-32, 625-33, 625-34)는 멀티플렉싱 처리되어 (125-3)을 생성하게 된다. 또한, (625-41, 625-42, 625-43, 625-44)는 멀티플렉싱 처리되어 (125-4)를 생성하게 된다. 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)은 이어서 프로세서(1120)의 멀티플렉서(1170)에서 함께 멀티플렉싱 처리되어 원시 데이터 스트림(115)을 회복한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 계층기(610-1')를 보다 상세히 도시하고, 여기서는 특정한 처리 서브스트림의 계층에 대한 전력 레벨이 더 높은 범위에서 더 낮은 범위로 정해진다. 계층기(610-1')는 서브스트림(125-1)을 똑같은 비트 레이트의 다수의 서브스트림 구성성분(625-11', 625-12', 625-13', 625-14')으로 디멀티플렉싱 처리하는 디멀티플렉서(620-1')를 포함한다. 각 서브스트림 구성성분은 각각 인코더/변조기(1210-11, 1210-12, 1210-13, 1210-14)에서 부호화 및 변조되어, 계층들을 만든다.
한 계층기의 인코더/변조기(1210-11, 1210-12, 1210-13, 1210-14), 즉 똑같은 서브스트림을 처리하는 인코더/변조기는 서로 다른 전력 레벨로 계층들을 만들 수 있다. 예를 들어, 이들 전력 레벨은 1을 조금 넘는 계수에서 약 4 배수의 계수까지의 계수가 될 수 있다. 그래서, 예를 들면, 인코더/변조기(1210-11, 1210-12, 1210-13, 1210-14)에 의해 생성된 계층들의 전력 레벨은 각각 p-1, p-2, p-3, 및 p-4가 될 수 있고, 여기서는 p-2가 p-1의 2배이고, p-3이 p-2의 2배가 될 수 있다. 다른 전력 레벨을 선택하는데 있어서의 더 많은 정보에 대해서는 부록 A를 참고한다.
다른 방법으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 한 계층기의 인코더/변조기(1210-11, 1210-12, 1210-13, 1210-14)는 똑같은 전력 레벨로 계층들을 만들 수 있고, 이어서 서로 다른 전력 레벨의 계층들을 만들도록 스케일 조정된다. 계층들은 예를 들어, 각 계층에 스케일링 계수를 곱하는 곱셈기(1212-11, 1212-12, 1212-13, 1212-14)에 의해 스케일 조정될 수 있다.
계층(632-11', 632-12', 632-13', 632-14')은 처리 서브스트림(635-1')을 형성하도록 조합기(634-11)에서 재조합된다. 그래서, 처리 서브스트림(635-1')은 p-1의 전력 레벨을 갖는 계층(632-11'), p-2의 전력 레벨을 갖는 (632-12'), p-3의 전력 레벨을 갖는 (632-13'), 및 p-4의 전력 레벨을 갖는 (632-14')로 구성된다. 다른 구성성분 데이터 스트림(125-2, 125-3, 125-4)은 각각 유사하게 계층기(610-2', 610-3', 610-4')에서 처리되어 다른 전력 레벨의 계층들로 구성된 처리 서브스트림(635-2', 635-3', 635-4')을 만든다. 상술된 바와 같이, 처리 서브스트림(635-1', 635-2', 635-3', 635-4')은 모든 전송 안테나에 걸쳐 정류자(140)를 통해 순환되고, 안테나(105-1, 105-2, 105-3, 105-4)를 통해 전송된다.
각 전송 신호는 각 수신 안테나(110-1, 110-2, 110-3)에 도착하고, 상술된 실시예와 유사하게, 각 시간 간격에서 전송 신호 각각의 신호 대 잡음비를 최대화시키도록 프로세서(1120)의 계층 프로세서(1125-2, 1125-3, 1125-4)로 가중화되고 조합된다.
일단 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 구해지면, 최고 전력 레벨의 계층이 먼저 계층 프로세서에서 이 계층을 가중치로 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 디코더 중 하나에서 수용가능한 레이트로 복호화되고, 인코더/변조기 중 하나에서 재구성되고, 또한 계층 프로세서에서 수신 안테나 신호로부터 감산된다. 상술된 바와 같이, 가중치는 조합 가중치 (나머지) 수신 신호에서 계층의 기여도를 강조하고 다른 전송 신호의 기여도를 잡음과 같은 상태로 격하시키도록 시도한다. 이 방법에서, 가중치는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호가 보다 근접하게 특정한 계층을 닮게 만들도록 사용된다. 그래서, 각 계층은 조합 가중화 (나머지) 수신 신호 중 하나에서 강조된다. 최고 전력 레벨을 갖는 계층의 전력 레벨이 비교적 높으면, 다음 절에서 보다 상세히 설명될 바와 같이, 수용가능한 에러 레이트로 이 계층의 심볼들을 분리하고 복호화하도록 이 계층을 포함하는 처리 서브스트림을 강조하는 조합 가중화 (나머지) 수신 신호의 사용을 용이하게 한다 이는 더 낮은 전력 레벨을 갖는 층의 계층이 가중치로 이 계층을 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 수신 안테나 신호로 부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 서브스트림 구성성분을 나타내는 모든 계층들이 복호화될 때까지 계속된다.
이제는 한 예로 수용가능한 에러 레이트를 가지고 이 계층의 심볼들을 분리하여 복호화하는 것이 설명된다. 계층(632-11)의 전력 레벨이 계층(632-12), 즉 똑같은 처리 서브스트림(635-1)에서 다음으로 높은 전력 레벨을 갖는 계층의 전력 레벨의 2배이므로, 처리 서브스트림(635-1)의 다른 계층으로부터의-계층(632-11)에 대한 잡음을 효율적으로 구성하는- 심볼값에 대한 기여도는 계층(632-11)을 분리할 수 있기에 충분히 작다. 이는 수신된 심볼로 나타내지는 계층(632-11)의 비트가 수용가능하게 높은 정확도로 회복될 수 있게 한다.
일단 비트가 구해지면, 이들은 예를 들어, 계층기(610-1')에 의해 사용되는 코드화 및 변조를 사용함으로서 전송기에서 원래 부호화되어 변조된 바와 같이 심볼값을 구하도록 재부호화 및 변조된다. 이들 심볼의 값은 이어서 채널 특성을 사용하여 처리되고, 수신 안테나에 수신된 바에 따라 계층(632-11)을 나타내는 심볼들의 값을 구하게 된다. 이들 값은 층(635-1)의 처리 심볼을 구하도록 층(635-1)의 심볼값으로부터 감산된다.
계층(632-12)의 전력 레벨이 계층(632-13), 즉 똑같은 처리 서브스트림(635-1)에서 다음으로 높은 전력 레벨을 갖는 계층의 전력 레벨의 2배이므로, 감산되지 않은 다른 처리 서브스트림(635-1)의 계층들로부터의 층(635-1)의 처리 심볼 기여도는 계층(632-12)을 분리할 수 있기에 충분히 낮다. 이는 계층(632-12)의 비트가 수용가능하게 높은 정확도로 회복될 수 있게 한다. 비트는 재부호화되고, 변조되 고, 이어서 채널 특성을 사용하여 처리되고, 그 결과는 층(635-1)의 처리 심볼값으로부터 감산된다. 이는 더 낮은 전력 레벨을 갖는 계층이 이 계층을 가중치로 강조한 가중화 조합 신호로부터 유사하게 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 수신 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 서브스트림 구성성분을 나타내는 모든 계층들이 복호화될 때까지 계속된다.
제한된 기간의 버스트에서, 특정한 처리 서브스트림 계층의 전력 레벨의 범위를 정하면, 실제로 스태거 처리된 시동 처리가 사용된 경우에서 보다 더 높은 비트 레이트를 생성하게 된다. 부가적으로, 계층의 전력 레벨의 범위를 정하는 것이 계층의 비트 레이트의 범위를 정하는 것 보다 다소 더 많은 전력을 사용할 수 있지만, 계층의 전력 레벨의 범위를 정하는 것이 더 큰 설계의 균일성을 허용한다.
선택적으로, 제3 실시예에서는 특정한 처리 서브스트림의 계층에 대해 비트 레이트 및 전력 레벨 모두의 범위가 예를 들어, 더 낮은 범위에서 더 높은 범위로, 또한 더 높은 범위에서 더 낮은 범위로 각각 정해진다. 층에서 적어도 한 계층, 예를 들어 최저 비트 레이트와 최고 전력 레벨을 갖는 계층이 먼저 이 계층을 가중치로 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 수신 안테나 신호로부터 감산된다. 이는 차례로, 더 낮은 전력 레벨 및 더 높은 비트 레이트를 갖는 층의 계층이 이 계층을 가중치로 강조한 가중화 조합 신호로부터 분리되고, 수용가능한 에러 레이트로 복호화되고, 재구성되고, 또한 수신 신호로부터 감산되도록 허용한다. 이 처리는 모든 서브스트림 구성성분을 나타내는 모든 계층들이 복호화될 때까지 계속된다. 최적의 비트 레이트 및 전력 레벨은 전체적인 처리 서브스트림의 최대 비트 레이트를 증가시켜 시스템의 전체적인 용량을 증가시키도록 선택된다. 최적의 비트 레이트 및 전력 레벨은 임의의 방법으로, 예를 들면 경험적인 연구에 의해 전력 레벨 및 비트 레이트의 특정한 세트를 선택하고, 이어서 이들 전력 레벨 및 비트 레이트의 세트를 원하는 전체 시스템 비트 레이트를 구하도록 조절함으로서 선택될 수 있다.
본 발명의 처리된 서브스트림은 CDMA, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), FDMA(Frequency Division Multiple Access), TDMA(Time Division Multiple Access), 또는 GSM(Global System for Mobile communications)을 포함하는 임의의 전송 표준에 따를 수 있다. 그러므로, 다중 입력, 다중 출력 무선 통신 시스템(100)은 각각 CDMA, OFDM, FDMA, TDMA, GSM 시스템을 포함하는 임의의 종류의 시스템이 될 수 있고, 이는 시스템이 그 특정 표준에 따름을 의미한다.
상기 표준의 대부분은 여기서 각각 넓은 대역 및 좁은 대역이라 칭하여지는 넓은 주파수 대역 또는 좁은 주파수 대역의 사용을 허용하지만, CDMA와 같은 일부 표준은 전형적인 응용에서 신호를 전송하는데 넓은 대역폭을 요구한다. 대역폭이 넓은 대역일 때는 가능한 심볼간 결합 및 칩간 결합이 고려될 필요가 있다. 좁은 대역폭은 전형적으로 복잡한 신호 진폭이 주파수 대역에 걸쳐 변화되지 않고, 또한 특성이 균일한(flat) 채널로 칭하여지는 주파수 균일한 채널을 갖는다. 주파수 균일한 채널을 통해 전송된 신호는 전형적으로 결합되지 않는다. 그러나, 넓은 대역폭은 전형적으로 주파수 균일한 채널을 갖지 않고, 주파수 비균일 채널을 통해 전송된 신호는 서로 또한/또는 그 자신과 결합될 수 있다. 이는 이 신호들의 심볼 사이에 심볼간 간섭이 있음을 의미한다. 심볼간 간섭은 이 심볼들에 의해 나타내지는 데이터 스트림을 복호화하는 것을 더 어렵게 만든다. 부가하여, 심볼들이 칩을 포함한 CDMA 시스템에서 사용되는 왈시 코드(Walsh code)와 같은 확산 코드(spreading code)로 코드화되면, 신호 결합은 칩간 간섭이 있음을 의미하여, 심볼간 간섭을 일으키게 된다.
그 결합은 수신 안테나에 의해 수신된 신호의 심볼들로 나타내지는 비트가 복호화되도록 허용하는 방식으로 다루어질 수 있다. 결합을 다루는 한가지 방법은 상술된 바와 같이 신호를 전송하고 수신기에서 신호를 이퀄라이징하는(equalizing) 공지된 처리를 사용하는 것이다. 예를 들어, 각 수신 안테나 신호는 필요한 경우 역확산되고, 이퀄라이저에서 이퀄라이징될 수 있다. 이퀄라이저는 예를 들어 다수의 과거 입력을 저장하고, 수신 안테나 신호의 심볼을 복호화하도록 최적화된 가중치와 함께 이들 과거 입력을 선형으로 조합하는 것이 될 수 있다. 이퀄라이제이션(equalization)에 대해 보다 많은 정보를 위해서는 예를 들어, 여기서 참고로 포함된 A.J. Paulraj 및 C.B. Papadias, "무선 통신을 위한 시공간 처리(Space-Time Processing for Wireless Communications)", IEEE Signal Processing Magazine, 1997년 11월 1053-5888, IEEE, 1997, pp.49-83을 참고한다.
결합을 다루는 또 다른 방법은 공지된 OFDM 기술에 따라 1차 데이터 스트림(primary data stream)을 각각이 다른 주파수 대역에 있도록 변조된 다수의 서브 1차 데이터 스트림(sub-primary data stream)으로 나누는 것이다. 이어서, 1차 데이터 스트림의 서브 데이터 스트림 각각에 대해 상술된 바와 같이 각 서브 1차 데이터 스트림의 서브스트림을 계층화한다. 다른 서브 1차 데이터 스트림의 서브스트림을 나타내는 결과의 처리 서브스트림은 더 좁은 다른 주파수 대역에 있도록 변조된다. 수신된 안테나 신호는 이제 다른 주파수 대역의 신호들을 포함하게 된다. 각 주파수 대역의 신호들은 각 대역에서 전송된 신호로 나타내는 서브 1차 데이터 스트림을 구하도록 상술된 바와 같이 처리될 수 있다. 이들 서브-1차 데이터 스트림 각각은 이어서 공지된 OFDM 기술을 사용해 조합되어 1차 데이터 스트림을 구할 수 있다.
상기 내용은 단순히 설명을 위한 것이고, 이제는 다양한 변형이 논의된다. 예를 들어, 서브스트림 구성성분의 처리는 다음 중 하나 이상을 조합하여 포함할 수 있다: 서브스트림 구성성분의 코드화, 변조, 및 확산. 서브스트림 구성성분의 코드화는 각 서브스트림 구성성분에 대해 똑같거나 다른 코드를 사용하는 것을 포함한다. 변조는 똑같거나 다른 변조 방식을 사용하는 것 또한/또는 똑같거나 다른 주파수 대역을 사용하는 것을 포함한다. 유사하게, 확산은 똑같거나 다른 확산 코드를 사용하는 것을 포함할 수 있다.
예시한 실시예에서는 계층기가 각 서브스트림 구성성분에 대한 인코더/변조기를 포함한다. 다른 실시예에서는 각 계층기에 대한 인코더/변조기가 다수의 서브스트림 구성성분에 대해, 또는 하나에 대해 인코더/변조기를 포함하는 다중 회로로, 또는 단일 회로로 실시될 수 있다. 부가하여, 모든 계층기에 대한 인코더/변조기는 다수의 계층기에 대해, 또는 하나에 대해 인코더/변조기를 포함하는 다중 회로로, 또는 단일 회로로 실시될 수 있다. 더욱이, 모든 인코더/변조기 중 임의 의 것은 소프트웨어로 실시될 수 있고, 부가하여 전체 계층기가 소프트웨어로 실시될 수 있다.
유사하게, 프로세서는 단일 회로로, 또는 다중 회로로 실시될 수 있다. 부가하여, 프로세서 또는 그 일부는 소프트웨어로 실시될 수 있다.
설명되는 실시예의 전송기 및 수신기는 무선 통신 시스템의 전송기 및 수신기가 될 수 있다. 예를 들면, 한 실시예에서, 전송기는 기지국의 일부와 이동 단자의 수신 부분 등이 될 수 있고 그 반대도 될 수 있다. 즉, 전송기는 이동 단말기의 일부 및 기지국의 수신 부분이 될 수 있다. 또다른 실시예에서는 전송기가 무선 LAN(local area network)의 무선 허브(hub)의 일부와 랩탑(laptop)과 같이 무선 LAN의 수신 부분 단말기 등이 될 수 있고 그 반대도 될 수 있다. 또 다른 실시예에서는 전송기 및 수신기가 각각 고정된 무선 네트워크의 일부가 될 수 있다. 예를 들어, 전송기 및 수신기가 두 건물 사이의 통신을 위해 설립된 고정 무선 시스템의 일부가 될 수 있다.
설명되는 실시예에서는 서브스트림 구성성분이 부호화, 변조, 및 조합된다. 다른 실시예에서는 부호화, 변조, 및 조합이 함께 실행될 수 있다.
설명되는 실시예에서는 각 서브스트림이 똑같은 특정수의 서브스트림 구성성분으로 나뉜다. 다른 실시예에서는 각 서브스트림이 임의의 수의 서브스트림 구성성분으로 나뉘고, 한 서브스트림의 서브스트림 구성성분의 수가 또 다른 서브스트림의 서브스트림 구성성분의 수와 다를 수 있다.
설명되는 실시예에서는 수신 안테나 신호가 특정한 시간 간격에서 특정한 계층의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 가중화된다. 다른 실시예에서는 거친 가중화 가 사용되거나, 다른 방법으로 가중화 단계가 빠질 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나 신호는 단순히 조합되고, 이어서 서브스트림 구성성분을 복호화하도록 처리될 수 있다.
설명되는 실시예에서는 재부호화된 계층이 수신 안테나 신호 및/또는 나머지 수신 안테나 신호로부터 제거된다. 다른 실시예에서는 재부호화된 계층이 수신 안테나 신호로부터 제거되지 않고, 수신 안테나 신호가 각 계층을 구하는데 사용된다.
설명되는 실시예에서 주어지는 블록도는 본 발명의 원리를 실현하는 회로의 개념도를 나타내고, 블록도로 나타내지는 회로 중 하나 이상의 기능들은 이러한 기능의 상기 설명에 따라 종래 기술에 숙련된 자에 의해 소프트웨어로 실시될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 바람직한 실시예를 참고로 설명되었지만, 종래 기술에 숙련된 자는 명세서 및 도면을 참고로 본 발명의 의도 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해하게 된다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 적어도 하나의 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)의 적어도 일부를 포함하는 수신 신호(650-1, 650-2, 650-3)를 처리하는 방법으로서, 각각의 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 다수의 서브스트림들(125-1, 125-2, 125-3, 125-4) 하나 각각을 나타내고, 각 서브스트림(125-1, 125-2, 125-3, 125-4)은 각각 다수의 서브스트림 구성성분들(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44)을 포함하고, 각각의 처리 서브스트림(635-1, 635-2, 635-3, 635-4)은 다수의 계층들(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)을 포함하고, 각각의 처리 서브스트림의 각각의 계층은 그 특정 처리 서브스트림에 의해 나타내지는 특정 서브스트림의 다수의 서브스트림 구성성분들 각각을 나타내는, 상기 수신 신호 처리 방법에 있어서,
    (a) 각 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44) 중 적어도 일부를 얻도록 하나의 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44) 중 적어도 일부를 복호화하는(decoding) 단계;
    (b) 상기 수신 신호(650-1, 650-2, 650-3)로부터 한 계층의 복호화 부분을 제거하는 단계; 및
    (c) 각각의 서브스트림 구성성분(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44) 중 적어도 일부를 얻도록 상기 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)중 또 다른 계층의 적어도 일부를 복호화하는 단계를 포함하는, 수신 신호 처리 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    (d) 상기 수신 신호(650-1, 650-2, 650-3)로부터 다른 계층(632-11, 632-12, 632-13, 632-14, 632-21, 632-22, 632-23, 632-24, 632-31, 632-32, 632-33, 632-34, 632-41, 632-42, 632-43, 632-44)의 복호화 부분을 제거하는 단계; 및
    (e) 상기 수신 신호에서 상기 계층들에 의해 나타내어지는 모든 서브스트림 구성성분들(625-11, 625-12, 625-13, 625-14, 625-21, 625-22, 625-23, 625-24, 625-31, 625-32, 625-33, 625-34, 625-41, 625-42, 625-43, 625-44)이 복호화될 때까지 복호화 단계 (c) 및 제거 단계 (d)를 반복하는 단계를 더 포함하는, 수신 신호 처리 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    복호화 단계 (a)에서 복호화된 상기 계층은 제1 처리 서브스트림의 일부이고,
    복호화 단계 (c)에서 복호화된 상기 계층은 한 계층의 복호화 부분이 단계 (b)에서 제거되었던 이후의 제1 처리 서브스트림의 일부이고,
    상기 신호는 적어도 2개의 처리 서브스트림들을 포함하고,
    상기 방법은,
    (f) 또 다른 처리 서브스트림의 일부인, 계층들 중 하나의 계층의 적어도 일부를 복호화하는 단계; 및
    (g) 다른 처리 서브스트림의 일부인, 계층들 중 또 다른 계층의 적어도 일부를 복호화하는 단계를 더 포함하는, 수신 신호 처리 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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