KR100909973B1 - 무선 통신 시스템 - Google Patents

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모울스레이티모시제이.
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

무선 통신 시스템은 1차 스테이션(100) 및 적어도 하나의 안테나(108, 118)를 각각 포함하는 적어도 2개의 2차 스테이션들(110a, 110b)을 포함한다. 1차 스테이션은 안테나들(108)의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 2차 스테이션들 각각에 각 통신 채널들을 송신하도록 배치된다. 통신 채널들은 안테나들(108)의 각 서브세트들에 의해서만 규정되고, 각 2차 스테이션은 수신된 신호들로부터 각 통신 채널을 포함하는 서브세트를 추출하기 위한 수단(414)을 포함한다.
통신 채널, 1차 스테이션, 2차 스테이션, 안테나, 통신 가능 구역

Description

무선 통신 시스템{Radio communication system}
본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것이고, 또한 이러한 시스템에 사용하기 위한 1차 및 2차 스테이션들(primary and secondary stations) 및 이러한 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다. 본 명세서는 특히 UMTS(Universal Mobile Telecommunication System)와 관련하여 시스템을 기술하지만, 개시된 장치 및 방법들은 다른 이동 무선 시스템들에도 사용되도록 동일하게 적용할 수 있다는 것을 알아야 한다.
무선 통신 시스템에서, 무선 신호들은 일반적으로 하나 이상의 산란체들(scatterers)로부터의 반사들을 각각 포함하는 다수의 경로들을 통해 송신기로부터 수신기로 이동한다. 경로들로부터 수신된 신호들은 (위치에 의존하는 페이딩(position-dependent fading)을 야기하는) 수신기에서 건설적으로 또는 부정적으로 간섭할 수도 있다. 또한, 경로들의 길이들이 다르고, 그에 따라 신호가 송신기로부터 수신기로 이동하는데 걸리는 시간이 달라 심볼간 간섭을 야기할 수도 있다.
다중 경로 전파로 인한 상기 문제들은 수신기에서 다수의 안테나들을 사용(수신 다이버시티(receive diversity))함으로써 완화될 수 있으며, 이는 모든 다중 경로들 또는 그 일부가 분해될 수 있도록 한다. 효과적인 다이버시티를 위해서, 개개의 안테나들에 의해 수신된 신호들이 낮은 상호 상관을 가질 필요가 있다. 일반적으로, 이것은, 근접하게 이격된 안테나들이 국제 특허 출원 WO 01/71843(출원인 참조 번호 PHGB000033)에 개시된 기술들을 사용하여 채용될 수 있다고 하더라도, 안테나들을 일 파장의 상당한 프렉션(substantial fraction of a wavelength)만큼 분리시킴으로써 확보된다. 실질적으로 상호 관련되지 않은 신호들의 사용을 보장함으로써, 임의의 주어진 시간에 하나 이상의 안테나들에서 부정적 간섭이 발생할 가능성이 최소화된다.
또한, 송신기에서 다수의 안테나들을 사용(송신 다이버시티)함으로써 유사한 개선안들이 달성될 수 있다. 다이버시티 기술들은, MIMO(Multi-Input Multi-Output) 시스템으로 공지된, 송신기 및 수신기 모두에서 다수의 안테나들을 사용하는 것으로 일반화될 수 있으며, 또한 한측의 다이버시티 장치를 통해 시스템 이득을 증가시킬 수 있다. 다른 개발로서, 다수의 안테나들의 존재가 공간적 멀티플렉싱을 가능하게 하여, 송신용 데이터 스트림을, 다수의 상이한 경로들을 통해 각각 전송되는 다수의 서브-스트림들로 분할한다. 이러한 시스템의 일 예가 미국 특허 제 6,067,290 호에 개시되어 있고, BLAST 시스템으로 공지된 다른 예가, 1998년 9월 29일에서 10월 2일, 이탈리아 피사에서, 신호, 시스템 및 전자공학에 관한 1998 URSI 국제 심포지엄에서 피 더블유 올니안스키(P W Wolniansky) 등에 의한 공개 논문 "V-BLAST: an architecture for realising very high data rates over the rich-scattering wireless channel"에 기술되어 있다.
MIMO 시스템으로부터 얻을 수 있는 성능 이득들은, 주어진 에러 레이트에서 총 데이터 레이트를 증가시키거나, 주어진 데이터 레이트에 대한 에러 레이트를 감소시키거나 이 둘의 어떤 조합에 사용될 수 있다. MIMO 시스템은 또한 주어진 데이터 레이트 및 에러 레이트에 대한 총 송신 에너지 또는 전력을 감소시키도록 제어될 수 있다.
MIMO 기술들이 적용될 수 있는 일 영역은 고속 다운링크 패킷 액세스(HSDPA, High-Speed Downlink Packet Access) 방식으로, 이는 현재 UMTS용으로 개발되고 있으며 4Mbps까지로 이동국으로의 패킷 데이터 전송을 용이하게 할 수 있다. 하나의 제안된 HSDPA의 실시예에서, 분리된 데이터 스트림들이 기지국(BS)에서 각 안테나들로부터 수신되고, 이 데이터 스트림들은 원칙적으로 적어도 데이터 스트림들이 존재하는 만큼의 다수의 안테나들을 갖는 이동국(MS)에 의해 수신 및 디코딩될 수 있다.
패킷 데이터 송신용 MIMO 시스템의 사용으로 인한 문제점은 통신 시스템 상에서의 무선 링크 품질들이 상이한 것으로 인한 영향이다. 예를 들어, 데이터 스트림들 중 일부는 매우 열등한 품질의 무선 링크들을 가질 수 있고, 모든 데이터가 조합될 경우, 이것은 다른 링크들의 성능을 열화시키고 전체 시스템 용량을 감소시킬 것이다.
본 발명의 목적은 향상된 성능을 갖는 무선 통신 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 적어도 2 개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션 및 적어도 하나의 안테나를 각각 갖는 적어도 2 개의 2차 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템이 제공되며, 상기 1차 스테이션은 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들간에 각 통신 채널들을 송신하기 위한 수단을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들은 두 서브세트들의 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 구역(coverage area) 내에 있고, 상기 각 채널들은 안테나들의 각 서브세트들에 의해서만 구별되며, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들 각각은 수신된 신호들로부터 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하기 위한 수단을 포함한다.
상이한 2차 스테이션들로 송신하기 위해 1차 스테이션의 상이한 안테나들을 이용함으로써, 1차 스테이션의 안테나들의 일부로부터 2차 스테이션에 의해 수신된 신호들의 품질이 열등한 상황에서 시스템 용량이 개선될 수 있다. 특정 2차 스테이션들의 방향으로 빔들을 생성하기 위해 1차 스테이션에서 안테나 소자들의 위상-어레이들(phased-arrays)을 사용하는, 공지된 빔-형성(beam-forming) 또는 SDMA(space-division multiple access) 기술들과는 대조적으로, 본 발명은 상이한 1차 스테이션 안테나들로부터 신호들을 수신하는 2차 스테이션들간에 어떠한 각도상의 분리도 요구하지 않는다.
본 발명은 통상 MIMO 시스템으로서 동작하는 무선 통신 시스템이, 모든 안테나들이 하나의 2차 스테이션을 어드레스하게 하기 보다는 상이한 2차 스테이션들을 어드레스하도록 상이한 기지국 안테나들을 사용함으로써 특정 상황들에서 시스템 용량을 개선할 수 있게 한다. UMTS 실시예에서, 상이한 안테나들로부터 상이한 2차 스테이션들로의 동시적인 송신들은 동일한 채널화 코드(channelisation code), 스크램블링 코드, 반송 주파수 및 타임슬롯들을 사용하여 행해질 수 있으므로, 시스템의 전체 스펙트럼 효율이 향상된다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 적어도 2 개의 2차 스테이션들을 갖는 무선 통신 시스템에 사용하기 위한 적어도 2 개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션이 제공되고, 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들간에 각 통신 채널들을 송신하기 위한 수단이 제공되고, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들은 두 서브세트들의 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 구역 내에 있고, 상기 각 채널들은 안테나들의 각 서브세트들에 의해서만 구별된다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션, 2차 스테이션 및 다른 2차 스테이션간에 각 통신 채널들을 갖는 무선 통신 시스템에 사용하기 위한, 적어도 하나의 안테나를 갖는 2차 스테이션이 제공되고, 상기 통신 채널들은 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 송신되고, 상기 2차 스테이션 및 다른 2차 스테이션은 두 서브세트들의 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 구역 내에 있고, 상기 각 채널들은 안테나들의 각 서브세트들에 의해서만 구별되고, 수신된 신호들로부터 2차 스테이션의 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하는 수단이 제공된다.
2차 스테이션은, 다른 2차 스테이션들을 위한 1차 스테이션의 안테나들의 다른 서브세트들로부터의 신호들을 잡음으로 처리하여 각 통신 채널에 대응하는 신호들을 추정할 수 있다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 2차 스테이션은 안테나들의 각 서브세트에 포함되지 않은 1차 스테이션 안테나들로부터 송신된 신호들과는 별개로, 각 통신 채널들을 포함하는 신호들을 분해하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션 및 적어도 하나의 안테나를 각각 갖는 적어도 2개의 2차 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법이 제공되며, 상기 방법은, 상기 1차 스테이션이 1차 스테이션들의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들간에 각 통신 채널들을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들 모두는 두 서브세트들의 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 구역에 있고, 상기 각 채널들은 안테나들의 각 서브세트들에 의해서만 구별되며, 상기 방법은 또한 각 2차 스테이션이 수신된 신호들로부터 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들은 첨부 도면들을 참조하여 이하 예시적으로 설명될 것이다.
도면에서 동일한 참조 부호들은 대응하는 특성들을 나타내는 것으로 사용된다.
도 1은 MIMO 무선 시스템의 실시예의 개략 블록도.
도 2는 송신 전에 서브-스트림 신호들을 가중하는 MIMO 무선 시스템에 대한 기지국의 실시예의 개략 블록도.
도 3은 송신 안테나들의 상대 이득이 변경됨에 따라 2개의 안테나들을 각각 갖는 두 스테이션들간의 채널 용량의 변화를 도시하는 그래프를 도시하는 도면.
도 4는 상이한 서브-스트림들이 상이한 단말들로 향하는, 본 발명에 따라 이루어진 무선 시스템의 실시예를 도시하는 개략 블록도.
도 5는 본 발명에 따라 이루어진 무선 통신 시스템의 동작을 도시하는 흐름도.
도 1은 1차 스테이션(100)으로부터 2차 스테이션(110)으로의 다운링크 패킷 데이터의 송신을 위한 MIMO 시스템의 예를 도시한다. 1차 스테이션(100)은 2차 스테이션(110)에 송신하기 위한 데이터 스트림을 제공하는 데이터 소스(102)를 포함한다. 이 스트림은 송신기(TX)(106)에 제공되는 다수의 데이터 서브-스트림들을 생성하기 위해 직렬-병렬 변환기(S/P)(104)에 의해 분할된다. 송신기(106)는 기지국(BS)(100)으로부터 이동국(MS)(110)으로 송신하기 위해 다수의 안테나들(108)(도 1에서 1, 2, 3, 4로 번호가 부여됨)로 전송될 데이터 서브-스트림들을 준비한다. 안테나들(108)은 실질적으로 전방향(omni-directional)인 것으로 가정된다(또는 섹터화된 셀에 걸쳐 통신 가능 영역을 제공하도록 설계된다).
직렬-병렬 변환 전에 BS(100)에 의해 일반적으로는 순방향 에러 보정(Forward Error Correction)(FEC)을 포함하는 적절한 코딩이 적용될 수 있다. 이것은 수직 코딩으로 공지되어 있으며, 모든 스트림들에 걸쳐 코딩이 적용되는 이점을 갖는다. 그러나, 조인트 디코딩(joint decoding)이 필요하고 각 서브-스트림을 개별적으로 추출하는 것이 어렵기 때문에 문제점들이 발생할 수도 있다. 대안적인 각 서브-스트림이 개별적으로 코딩될 수도 있기 때문에, 수평 코딩으로 공지된 기술이 수신기 동작을 간단하게 할 수도 있다. 이러한 기술들은, 예를 들어, 2000년 11월 27에서 12월 1일, 샌프란시스코의 IEEE 글로베컴 2000 컨퍼런스 회보()의 엑스 리(X Li) 등의 논문 "BLAST의 성능에 관한 반복적인 검출 및 디코딩 효과(Effects of Iterative Detection and Decoding on the Performance of BLAST)"에 기술되어 있다.
수직 코딩이 사용되면, 적용되는 FEC는 다수의 경로들을 포함하는 전체 MIMO 채널에 대처하기 위한 충분한 에러-정정 능력을 가져야 한다. BS(100)와 MS(110)간의 경로들의 세트는 일반적으로 직접 경로들과 간접 경로들을 포함할 것이며, 후자는 신호들이 하나 이상의 산란체들에 의해 반사되는 경로이다.
MS(110)는 다수의 안테나들(118)(도 1에서는 A, B, C, D로 부호가 부여됨)을 포함한다. 안테나들(118)에 의해 수신된 신호들은 수신된 신호들로부터 다수의 송신 데이터 서브-스트림들을 추출하는 수신기(RX)(116)에 제공된다. 이어서, 데이터 서브-스트림들은 병렬-직렬 변환기(P/S)(114)에 의해 재결합되어 데이터 출력 블록(112)에 제공된다. BS(100)와 MS(110) 모두가 동일한 수의 안테나들을 갖는 것으로 도시되었지만, 실제로 반드시 그럴 필요는 없으며, 안테나들의 수는 공간 및 용량 제약사항들에 의존하여 최적화될 수 있다.
BS(100)의 가장 간단한 구현에서, 각 데이터 서브-스트림은 개개의 안테나(108)에 매핑된다. 이러한 구현은 공간적으로 상관되지 않은 무선 채널들에 대해 적절하다. 적절한 BS(100)가 도 2에 도시되는 일반적인 경우에, 각 데이터 서브-스트림은 복합 가중(complex weight)(202)(각 데이터 서브-스트림에 대해 안테나(108)당 하나의 가중치를 가짐)이 적용된 후에 각 안테나(108)로 전송될 수 있다. 이러한 방법은 각 데이터 서브-스트림을 상이한 안테나 빔에 매핑하는데 사용될 수 있다. 안테나 빔들은 미리 결정된 방향들로 향할 수 있거나, 상기 방향들은 동적으로 무선 채널 조건들을 변경하는 이점을 얻기 위해 결정될 수도 있다. 빔 방향들을 동적으로 변경하는 MIMO 시스템의 예가 계류중인 미공개된 영국 특허 출원 0102316.7(출원인 참조번호 PHGB010012)에 개시되어 있다. 특히 흥미있는 경우는 각 데이터 스트림이 안테나들의 서브세트에 매핑되는 것이다(즉, 가중치들의 일부가 0이다).
간단히 하기 위해, 이하 실시예들은 데이터 서브-스트림들과 안테나들(108)간의 가장 간단한 일-대-일 매핑의 경우를 사용하지만, 본 발명은 이러한 시나리오에 제한되는 것이 아니라는 것을 알 것이다.
MIMO 장치에 의해 보장되는 용량 향상은, 송신기(BS)(100)가 다운링크 채널 속성들의 어떠한 지식도 갖고 있지 않는, 개방-루프(open-loop) 장치에서조차 가우시안 채널(Gaussian channel)에서 달성할 수 있는 것이 증명되었다. (수신-다이버시티가 MS(110)에서 결합된 후) 각 송신기 안테나(108)로부터의 수신 신호 대 간섭 및 잡음 비율들(Signal to Interference and Noise Ratios)(SINRs) 간의 차이가 클 경우, 용량 향상이 감소될지라도, 얼마간의 용량 향상은 레일리 페이딩 채널(Rayleigh fading channel)에서의 개방-루프 장치에서 달성될 수도 있다.
폐-루프(closed-loop) 방식이 부가적인 이점들을 제공할 수도 있다. 상이한 BS 안테나들(108)로부터의 송신들의 진폭은, MS(110)에서 최상의 수신된 SINR을 갖는 안테나들(108)로 송신기 전력이 지향되도록, 가중될 수도 있다. 각 안테나로부터 상이한 데이터가 송신되는, 공간-시간 코딩된 MIMO 시스템에 BS 안테나들(108)이 사용될 때, 예를 들어, 계류중인 미공개된 국제 특허 출원 PCT/EP01/13690(출원인 참조번호 PHGB000168)에 개시된 바와 같이, 전력뿐만 아니라 각 안테나로부터의 데이터 레이트가 조정될 수 있다. 이하 설명에서, 모든 안테나들로부터의 총 결합된 송신 전력은 제한되는 것으로 가정된다.
몇몇 상황들에서, 특히, 상이한 송신 안테나들로부터의 채널 이득의 차이가 매우 큰 경우(예를 들어, 하나 이상의 안테나들이 심한 페이딩에 있을 때)에, 하나 또는 그 이상의 BS 안테나들(108)을 완전히 스위치 오프함으로써(즉, 전력 또는 데이터 레이트를 0으로 감소함으로써) 최상의 무선 링크 용량이 달성될 수도 있다. 이러한 폐-루프 안테나 선택 다이버시티 송신의 방법은 또한 MS(110)에서 요구되는 안테나들의 수를 감소시키는 것과 같은 다른 이점들을 갖는다.
도 3은 제 1 송신기 안테나의 채널 이득(G1)의 주어진 값에 대한 제 2 송신기 안테나(108)의 채널 이득(G2)의 함수로서 이용 가능한 용량(C) 사이의 기본적인 비교를 도시하는 그래프이다. 이 그래프는 BS(100)에서의 두 개의 송신기 안테나(108) 및 MS(110)에서의 2개의 수신기 안테나들(118)의 경우에 대한 폐-루프 송신기 안테나 선택 방식(304)과 개방-루프 공간-시간 코딩된 MIMO 시스템(302)을 사용하여 달성할 수 있는 용량들을 도시한다. 안테나 선택 방식에 대한 채널 이득은 수신-다이버시티 결합이 MS(110)에서 수행된 이후에 계산된다는 것을 주의해야 한다.
도 3의 유도에 있어서, 총 이용 가능한 송신 전력은 상수(Ptx)로 가정된다. 따라서, G2=G1일 때, 개방-루프 MIMO인 경우에 Ptx/2가 BS 안테나들(108) 각각으로부터 송신되지만, 안테나-선택의 경우에는 Ptx가 한 안테나로부터 송신되고 다른 안테나로부터의 전력은 송신되지 않는다. 안테나-선택의 경우에 송신기 안테나(108)의 선택은 G2=G1일 때 임의로 행해지고, 이 상황에서의 용량 C1은 MIMO 이득으로 인해 C2보다 크다는 것을 주목해야 한다. 그러나, G2=0일 때, 개방-루프 MIMO 경우의 용량은 송신기 전력의 절반이 사용되지 않는 안테나(108)로부터 송신되고 있기 때문에 C3으로 상당히 감소되지만, 폐-루프 안테나-선택의 경우에는 용량이 유지된다.
따라서, 도 3으로부터, "X"로 표시된 영역에서 개방-루프 MIMO 방법보다는 폐-루프 안테나-선택을 사용하는 것이 유익하다는 것을 알 수 있다.
공지된 MIMO 시스템들에서, 셀 내의 하나의 MS(110)에 대한 다운링크 신호들은 주파수(Frequency Division Multiple Access)(FDMA) 및/또는 타임슬롯(Time Division Multiple Access)(TDMA) 및/또는 코드(Code Division Multiple Access)(CDMA)에 의해 다른 MS들(110)에 대한 것과 구별되어, 상기 MS(110)에 대한 채널을 정의한다. 주어진 MS에 대해서, 모든 이용가능한 BS 송신 안테나들(108)이 상기 MS(110)에 대한 채널에 대해 사용된다. 그러나, 최적의 송신 구조(scheme)가 송신 안테나 선택의 하나인, 상술된 경우에서, 특정 안테나들이 특정 채널들 상에서의 송신에 대해 유용하지 않기 때문에 시스템의 용량은 준최적(sub-optimal)이 된다.
따라서, 본 발명에 따라 이루어진 시스템에서, 특정 MS(110)에 대한 채널은 채널이 송신되는 BS 안테나들(108)의 서브세트에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 규정될 수도 있으며, 여기서, BS 안테나들(108)의 서브세트는 하나 이상의 안테나들로 이루어질 수 있다. 이러한 방법을 "ADMA(Antenna-Division Multiple Access)"라고 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예의 간단한 예가 도 4에 도시되어 있으며, 이는 2개의 안테나들(108)을 갖는 BS(100) 및 2개의 안테나들(118)을 각각 포함하는 2개의 MS들(110a, 110b)을 포함한다. BS(100)는 상이한 MS(110)를 위한 데이터 서브-스트림을 송신기(TX)(106)에 각각 제공하는 2개의 데이터 소스들(102)(D1, D2)을 포함한다. 본 발명을 채용하는 특정 시스템은 더 많은 수의 MS들 및 더 많은 수의 안테나들을 포함할 수도 있다.
이러한 시스템의 초기 동작은 도 5에 도시된 흐름도를 참조하여 설명될 것이다. 동작은 단계 502에서 송신용 데이터가 존재함을 BS(100)가 제 1 MS(110a)에 시그널링함으로써 시작한다. 이어서, 단계 504에서, BS(100)는 제 1 MS(110a)가 무선 채널을 특징지을 수 있도록 하기 위해 안테나들(108) 각각으로부터 신호들을 송신한다. 이러한 신호들은, 예를 들어, 각 BS 안테나(108)로부터 송신된 공지된 파일럿 정보의 직교 시퀀스들을 포함할 수 있다. 단계 506에서, MS(110a)는 (각 안테나(118)로부터 수신된 신호들의 다이버시티 결합 이후에) 각 수신된 신호들의 SINR을 측정한다. 이 예에서, 제 1 MS(110a)는, BS(100)의 안테나(1)로부터 수신된 신호의 SINR이 BS의 안테나(2)로부터 수신된 신호의 SINR보다 크다는 것을 결정한다.
측정이 완료된 후에, 단계 508에서, MS(110a)는 안테나(1)가 최상의 SINR을 제공하는 것을 나타내기 위해 BS(100)에 시그널링 메시지를 전송한다. 이 메시지는, 예를 들어, 다음과 같은 다수의 형태들을 취할 수 있다.
- 최상의 및/또는 최악의 BS 안테나(들)(108)의 신원(identity),
- 최상의 및/또는 최악의 BS 안테나(들)(108)에 대한 절대 SINR 측정치들, 또는
- 각 BS 안테나(108)에 대한 절대 SINR 측정치들.
이러한 시그널링 메시지의 결과로서, BS는 MS(110a)에 대해 예정된 데이터가 안테나(1)로부터만 송신되어야 한다는 것을 결정한다. 따라서, 제 1 MS(110a)에 대한 안테나(1)에서 사용되는 것과 동일한 주파수, 타임슬롯들 및 채널화 코드들을 사용하여, BS(100)의 안테나(2)가 상이한 MS에 대해 예정된 데이터를 송신하도록 사용될 수 있다. 따라서, 단계 510에서, 상술된 것과 동일한 프로토콜을 사용하여, 안테나(2)가 최상의 SINR을 제공하는 제 2 MS(110b)가 식별된다. 이어서, 단계 512에서, 신호들이 안테나(1)로부터 제 1 MS(110a)로, 안테나(2)로부터 제 2 MS(110b)로 송신된다. 이들 송신 경로들은 도 4에서 실선 화살표로 표시되어 있고, 두 이동국들이 두 안테나들(108)의 통신 가능 구역 내에 있기 때문에, 점선 화살표들은 하나의 MS(110a, 110b 중 하나)에 대한 신호들이 다른 MS에 도달할 수도 있는 것을 나타낸다.
각 MS(110a, 110b)가 적어도 BS(100)만큼의 다수의 안테나들을 갖고, 무선 채널이 특정 MS(110)의 각 수신 안테나(118)와 각 BS 송신 안테나(108) 사이에 실질적으로 상이한 채널의 전송 기능을 야기하기에 충분한 산란체들을 포함하면, 각 MS는 과도한 간섭을 유발하는 다른 BS 안테나들로부터의 신호들 없이 대응하는 BS 안테나(108)로부터의 신호를 디코딩할 수 있다.
예를 들어, 상술된 시나리오에서, 제 1 MS(110a)의 2개의 안테나들(118)에서 수신된 신호들은 다음과 같이 주어지고,
Figure 112002042772783-pct00001
여기서, ri는 i번째 MS 안테나(118)에서 수신된 신호이고, ti는 i번째 BS 안테나(108)에 의해 송신된 신호이고, hij는 i번째 BS 안테나(108)로부터 j번째 MS 안테나(118)로의 복합 채널 전송 특징이다.
t1은 BS 안테나(1)로부터 송신된 신호에 대응하고, 제 1 MS(110a)에 대한 원하는 신호이다. 따라서, 이 신호는 채널 추출(CX) 블록(414)에서 다음과 같이 추출될 수 있다.
Figure 112002042772783-pct00002
채널 전송 계수들(hij)은 상술된 바와 같이 기지의 파일럿 정보(known pilot information)를 사용하여 결정된다. 파일럿 정보가 송신될 필요가 있는 주파수와, 갱신된 채널 전송 계수들은 채널의 코히어런스 시간(coherence time)에 의존할 것이다. 채널 전송 계수들의 충분히 정확한 추정이 잡음 존재시에 얻어지도록, 기지의 파일럿 정보는 충분한 에너지로 송신되어야 한다. 기지의 파일럿 정보의 에너지는 더 긴 파일럿 정보 시퀀스를 송신하거나 파일럿 정보의 송신 전력을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 채널 전송 계수들의 각 추정이 기초로 하는 기지의 파일럿 정보의 각 시퀀스의 길이는 채널의 코히어런스 시간보다 상당히 적어야 한다. 조인트 검출 및 간섭 소거와 같은 다른 공지된 기술들 또한 BS 안테나들(108)로부터 수신된 신호들로부터 원하는 신호를 추출하기 위해 MS(110)에 의해 사용될 수 있다.
실제로, 수신된 신호들(r1, r2) 또한 잡음 항들을 포함할 것이다. 그때, 송신된 신호들은, 예를 들어, 존 윌리(John Wiley) 및 손스(Sons)에 의해 1999년 공개된, 에스 알 사운더스(S R Saunders)에 의한 "무선 통신 시스템용 안테나 및 전파(Antennas and Propagation for Wireless Communication Systems)"의 16장에 기술된 바와 같이, 예를 들어, MMSE(Minimum Mean Square Error) 또는 MLSE(Maximum Likelihood Sequence Estimation)과 같은 공지된 방법들의 범위에 걸쳐 복원될 수 있다. MMSE는 MLSE 처리의 일부분으로서 사용될 수 있거나, 독립적으로 사용될 수도 있다. 후자의 경우에, 송신된 비트들의 가능한 시퀀스들에 대해서는 어떠한 선험적(priori) 지식도 가정되지 않는다.
더 많은 수의 MS들(110)을 갖는 실제 시스템에서, 상이한 MS들에 대한 채널들을 구별하는 수단으로서만 ADMA를 사용하는 것은 바람직하지 않은데, 이는 매 MS(110)마다 적어도 셀 내의 MS들의 총 수만큼 안테나들(118)을 가질 것을 요구하기 때문이다. 따라서, 전형적인 방식은 CDMA, FDMA 또는 TDMA와 같은 다른 다중 액세스 방식과 함께 무선 리소스들의 사용을 최적화하는 부가적인 수단으로서 ADMA를 사용한다. ADMA는 n개의 상이한 MS들에 대해 채널들을 구별하기 위해 주어진 코드/주파수/타임슬롯에 대해 사용될 수 있으며, 여기서 n은 코드, 주파수 및 타임슬롯의 조합을 사용하는 MS들 중 임의의 것에 관한 안테나들의 최소수와 같다. 예를 들어, 각각 2개의 안테나들을 갖는 MS들의 쌍이 특정 주파수 및/또는 타임슬롯 및/또는 코드에 의해 규정된 다운링크 채널을 공유하기 위해 ADMA를 사용할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, MS(11O)는 상기 제안된 정도의 다수의 안테나들을 필요로 하지 않을 수도 있다. 상기 MS들의 쌍의 예에서, 한 BS 안테나(108)로부터의 신호가 잡음으로 고려될 수 있을 정도로 약하면, 단지 하나의 안테나(118)를 필요로 한다. 그러나, 이것은 특정 채널 조건들을 필요로 하고, 그렇게 반드시 의존하지 않을 수도 있다. 계류중인 미공개된 영국 특허 출원 0115937.5(출원인 참조번호 PHGB010100)는 MS가 그에 지향된 서브-스트림들의 수보다 적은 수의 안테나들을 가질 수도 있는 MIMO 시스템을 개시한다. 이러한 시스템은 서브-스트림들이 추출될 수 있도록 하기 위해 실질적으로 충분히 상관되지 않은 수신 신호 샘플들을 생성하는 샘플링 기술들을 채용한다. 이 시스템의 한 특정 유리한 실시예는 신호들을 송신하기 위한 코드 분할 기술들 및 수신된 신호 샘플들을 결정하기 위한 MS(110) 내의 레이크(Rake) 수신기를 채용한다. 이러한 기술들은 또한 본 발명에 적용될 수 있으며, 따라서, MS 안테나들(118)의 수에 대한 요구사항을 완화할 수 있다.
본 발명에 따라 이루어진 시스템은 최적의 방법으로 모든 이용 가능한 BS 안테나들(108)을 사용함으로써 종래의 시스템 이상의 증가된 다운링크 용량을 제공한다. 특정 시스템에서, 다수의 MS들 각각에 대한 최상의 BS 안테나들(108)이 때때로 일치할 수 있다는 것이 명백하다. 이 경우에, 전체적으로 시스템에 대해 최적인 방법으로 MS들(110)에 안테나들(108)을 할당하기 위해 MS 공간에서 MMSE 방법이 취해질 수도 있다.
본 발명의 실시예들은, 기능적으로 두 안테나들과 등가로 사용될 수 있는 이중 극성 능력을 갖는 단일 안테나 구조를 사용할 수도 있다. 다른 구조들, 예를 들어, PCB(인쇄 회로 보드) 금속화가 안테나에 등가의 기능을 제공하기 위해 사용될 수도 있다.
개개의 MS들(110)로의 송신을 위한 MIMO 기술들은 또한 본 발명에 따라 이루어진 시스템에 사용될 수 있는데, 이는 다수의 BS 안테나들(108)(BS 안테나들의 총 수의 서브세트임)을 특정 MS(110)에 할당하는 것이 가능하기 때문이다. 또한, 다수의 MS들(110) 각각에 대한 적어도 하나의 데이터 채널을 위한 AMDA 사용은 다른 다중 액세스 기술들, 예를 들어, 코드 분할 또는 주파수 분할에 의해 하나 이상의 동일한 MS들(110)로의 하나 이상의 다른 데이터 채널들의 동시 송신을 배제하지 않는다.
상술된 설명에서, 용어 "기지국" 또는 "1차 스테이션"은 실제로 고정된 기반 구조의 다양한 부분들간에 분산될 수 있는 엔티티와 관련된다. UMTS 시스템에서, 예를 들어, BS(100)의 기능들은 RNC(Radio Network Controller)의 상위 레벨에서 MS(110)와 직접 인터페이스하는 고정된 기반구조의 일부분인 "노드 B"에서 수행된다. BS(100)로부터 다수의 MS들(110)로 데이터를 송신하는데 사용하는 것 이외에, 상술된 기술들은 또한 역방향으로 사용될 수도 있다(예를 들어, UMTS 소프트 핸드오버 동안). 이 경우에, BS(100)와 MS(110)의 역할들은 상술된 것과 반대가 되어, BS(100)는 2차 스테이션의 역할을 채용하고 MS(110)는 1차 스테이션의 역할을 채용한다.
본 발명의 개시로부터, 다른 수정예들이 이 기술분야에 숙련된 사람들에게 명백할 것이다. 이러한 수정예들은 디자인, 제조 및 무선 통신 시스템들과 그 구성 부품의 사용에 있어서 이미 공지된 다른 특징들을 포함할 수도 있으며, 본 명세서에 이미 기술된 특징들 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션 및 적어도 하나의 안테나를 각각 갖는 적어도 2개의 2차 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템에 있어서,
    상기 1차 스테이션은 상기 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 상기 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들간의 각 통신 채널들을 송신하기 위한 송신기 수단을 포함하고, 상기 송신기 수단은 상기 서브세트들에 포함된 상기 안테나들 각각으로부터 기지의(known) 신호들을 송신하도록 구성되어, 2차 스테이션이 상기 1차 스테이션 안테나들과 상기 2차 스테이션 안테나들 간의 무선 채널들을 특징지을 수 있도록 하며, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들은 두 서브세트들의 상기 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 영역 내에 있고, 상기 기지의 신호들을 이용한 상기 1차 스테이션과 상기 2차 스테이션 간의 통신의 결과로서, 상기 각 채널들은 안테나들의 상기 각 서브세트들에 의해서만 구별되고, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들 각각은 수신된 신호들로부터 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하도록 구성되는 수신기 수단을 포함하는, 무선 통신 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 스테이션의 안테나들의 서브세트들 중 하나는 적어도 2개의 안테나들을 포함하고, 상기 서브세트로부터 각 2차 스테이션으로의 송신에 다중 입력 다중 출력 기술들을 사용하는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 1차 스테이션과, 상기 2차 스테이션들 중 하나의 스테이션 간에 다른 통신 채널을 포함하고, 상기 채널은 채널이 송신되는 안테나들의 서브세트 뿐만 아니라 주파수, 타임슬롯, 및 코드에 의해서도 구별될 수 있는 것을 특징으로 하는, 무선 통신 시스템.
  4. 적어도 2개의 2차 스테이션들을 갖는 무선 통신 시스템에 사용하기 위한 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션에 있어서,
    상기 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 상기 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들간의 각 통신 채널들을 송신하기 위한 송신기 수단을 포함하고, 상기 송신기 수단은 상기 서브세트들에 포함된 상기 안테나들 각각으로부터 기지의(known) 신호들을 송신하도록 구성되어, 2차 스테이션이 상기 1차 스테이션 안테나들과 상기 2차 스테이션 안테나들 간의 무선 채널들을 특징지을 수 있도록 하며, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들은 두 서브세트들의 상기 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 영역 내에 있고, 상기 기지의 신호들을 이용한 상기 1차 스테이션과 상기 2차 스테이션 간의 통신의 결과로서, 상기 각 채널들은 안테나들의 상기 각 서브세트들에 의해서만 구별되는, 1차 스테이션.
  5. 삭제
  6. 제 4 항 에 있어서,
    수신된 신호들의 품질에 관한 정보를 제공하는 신호들을 상기 2차 스테이션들로부터 수신하는 수신기 수단을 특징으로 하며, 상기 송신기 수단은 각 서브세트에 어떤 안테나들을 할당할지를 결정하기 위해 상기 정보를 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 1차 스테이션.
  7. 2차 스테이션으로서, 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션과 상기 2차 스테이션 및 다른 2차 스테이션간에 각 통신 채널들을 갖는 무선 통신 시스템에 사용하기 위한 적어도 하나의 안테나를 갖는, 상기 2차 스테이션에 있어서,
    상기 통신 채널들은 상기 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 송신되고, 상기 2차 스테이션 및 상기 다른 2차 스테이션은 두 서브세트들의 상기 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 영역 내에 있고, 상기 2차 스테이션은 상기 1차 스테이션으로부터의 기지의 신호를 이용하여 상기 1차 스테이션 안테나들과 상기 2차 스테이션 안테나들 간의 무선 채널들을 특징지으며, 상기 기지의 신호들을 이용한 상기 1차 스테이션과 상기 2차 스테이션 간의 통신의 결과로서, 상기 각 채널들은 안테나들의 상기 각 서브세트들에 의해서만 구별되고, 상기 2차 스테이션은 송신된 통신 채널 신호들을 수신하기 위한 수신기 수단을 포함하고, 상기 수신기 수단은 수신된 신호들로부터 상기 2차 스테이션의 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하도록 구성되는, 2차 스테이션.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 수신기 수단은, 안테나들의 각 서브세트에 포함되지 않은 1차 스테이션의 안테나들로부터 송신된 신호들과는 별개로, 각 통신 채널을 포함하는 상기 신호들을 분해하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 2차 스테이션.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    안테나들의 상기 각 서브세트 이외의 어떠한 구별 특징들을 갖지 않는 채널들을 송신하는, 상기 상호 배타적인 서브세트들에 포함된 1차 스테이션 안테나들의 총 수 만큼의 적어도 다수의 안테나들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2차 스테이션.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 수신기 수단은 상기 1차 스테이션에 의해 송신된 신호들을 사용하여 적어도 하나의 무선 채널을 특징화하도록 구성되고, 상기 1차 스테이션에 상기 특징화의 결과들을 시그널링하기 위한 송신기 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2차 스테이션.
  11. 적어도 2개의 안테나들을 갖는 1차 스테이션 및 적어도 하나의 안테나를 각각 갖는 적어도 2개의 2차 스테이션들을 포함하는 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법에 있어서,
    상기 1차 스테이션이 서브세트들에 포함된 안테나들 각각으로부터 상기 2차 스테이션으로 기지의 신호들을 송신하는 단계, 상기 2차 스테이션으로부터의 시그널링 메시지에 따라 상기 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들을 선택하는 단계, 및 상기 1차 스테이션의 안테나들의 상호 배타적인 서브세트들 각각으로부터 상기 1차 스테이션과 제 1 및 제 2의 2차 스테이션 간의 각 통신 채널들을 송신하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2의 2차 스테이션들 모두는 두 서브세트들의 상기 1차 스테이션 안테나들의 통신 가능 영역 내에 있고, 상기 기지의 신호들을 이용한 상기 1차 스테이션과 상기 2차 스테이션 간의 통신의 결과로서, 상기 각 채널들은 안테나들의 상기 각 서브세트들에 의해서만 구별되며, 상기 방법은, 각 2차 스테이션이 송신된 통신 채널 신호들을 수신하는 단계 및 수신된 신호들로부터 각 통신 채널을 포함하는 신호들의 서브세트를 추정하는 단계를 더 포함하는, 무선 통신 시스템을 동작시키는 방법.
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