KR100955795B1 - 다중-송신 다중-수신 안테나 어레이들을 이용한 무선 통신 - Google Patents

다중-송신 다중-수신 안테나 어레이들을 이용한 무선 통신 Download PDF

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Abstract

본 발명은 N개의 송신 안테나 엘리먼트들의 송신 안테나 어레이를 포함하는 송신기(1) 및 M개의 수신 안테나 엘리먼트들의 수신 안테나 어레이(4)를 포함하는 수신기(3)간의 폐루프 다중-스트림 무선 통신을 위한 방법에 관한 것이며, 복수의 구별되는 데이터 스트림(x1 X2)은 송신 안테나 어레이로부터 수신 안테나 어레이로 전송되며, 데이터 스트림들은 송신 안테나 어레이에 공급되기전에 각각의 복소수 가중 매트릭스들에 의하여 가중된다. 구별되는 데이터 스트림들은 수신기에서 분리되어 추정된다. 구별되는 데이터 스트림들(x1 xG)은 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들(6,7)에 공급되며, 부그룹들중 일부는 복수의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하며. 서브 그룹들의 각각은 적어도 Nd개의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하며, 상기 M은 (N/Nd)보다 크거나 또는 동일하다. 복소수 가중 매트릭스들(v1 내지 vn)은 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들을 포함하는 데이터 스트림들(x1 내지 xG)의 각각의 송신 채널(hij)의 함수들이다. Nd는 바람직하게 2보다 크거나 또는 동일하다. 복소수 가중 매트릭스들의 각각은 매트릭스 HH의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터에 거의 동일하게 계산되며, 여기서 H는 대응 데이터 스트림에 의하여 식별된 송신 안테나 엘리먼트들(6,7)의 각각의 부그룹들을 포함하는 등가 채널의 매트릭스이며, HH는 매트릭스 H의 에르미트 변환이다. 각각의 부그룹에서 송신 안테나 엘리먼트들의 수는 바람직하게 채널상태들의 함수로서 동작중에 재구성가능하다.
다중 송신, 다중 수신, M-TxAA, 고유 벡터, 다중-스트림

Description

다중-송신 다중-수신 안테나 어레이들을 이용한 무선 통신{Wireless communication using multi-transmit multi-receive antenna arrays}
본 발명은 다중-송신 다중-수신 안테나 어레이들을 이용한 무선통신에 관한 것이며, 여기서 송신 및 수신국은 안테나 엘리먼트들의 어레이를 포함한다. 소정의 국(station)에 있는 안테나 엘리먼트들은 송신 및 수신을 위하여 사용될 수 있는 경우에, 여기에서 참조되는 용어들, 즉 '송신기', '송신기 안테나', '수신기' 또는 '수신기 안테나'는 이들이 동작중에 수행하는 기능에 대한 참조로서 해석될 것이다.
무선 통신 시스템들은 데이터의 전송에 대한 중요성이 계속 증가하고 있으며, 여기서 데이터는 넓은 의미에서 예컨대 스피치, 또는 다른 사운드들 및 이미지들 뿐만 아니라 추상적인 디지털 신호들(abstract digital signals)로서 이해될 수 있다.
무선 통신 시스템들에 대해 현재 제안된 표준들은 코드분할 다중접속('CDMA') 및 주파수 분할 듀플렉스('FDD') 또는 시분할 듀플렉스('TDD')을 사용하는 3GPP(3세대 파트너십 프로젝트) 및 3GPP2 표준들과, 시분할 듀플렉스('TDD')를 사용하는 유럽 전기 통신 표준 협회 ('ETSI')의 HIPERLAN 및 HIPERLAN2 근거리 통신망 표준들과, 국제 전기 통신동맹('ITU') IMT-2000 표준들을 포함한다. 본 발명은 이와같은 종류 및 다른 무선 통신 시스템들에 적용가능하다.
잡음 및 간섭에 대한 시스템들의 민감성을 감소시키고 전송전력을 제한하면서 시스템들의 통신용량을 개선하기 위하여, 다양한 기술들, 즉 동일한 데이터가 상이한 송신 및/또는 수신 안테나 엘리먼트들을 통해 전송되는 공간-시간 다이버시티(space-time diversity), 및 동일한 데이터가 서브-캐리어 주파수에 의하여 구별되는 상이한 채널들을 통해 확산(spread)되는 직교 주파수 분할 다중화('OFDM')와 같은 주파수 확산 기술이 개별적으로 또는 결합되어 사용된다.
수신기에서, 심볼들의 검출은 복합 채널 감쇠, 위상 시프트들 즉, 채널 상태 정보('CSI')의 지식을 이용하여 수행된다. 채널상태 정보는 송신기로부터의 데이터와 함께 전송된 파일럿 신호들의 값을 측정함으로써 수신기에서 획득된다. 채널의 지식은 수신된 신호들이 최대비 결합 기술(Maximum Ratio Combining technique)에 따라 공동으로 처리되도록 하며, 여기서 수신된 신호는 추정된 채널 송신 매트릭스의 에르미트 전치 매트릭스(Hermitian transpose)에 의해 곱해진다.
송신 다이버시티를 관리하기 위한 두가지 일반적인 방식들은 '폐루프(closed loop)' 및 '개방 루프(open loop)'로서 분류되었다. 폐루프 신호 송신에서, 송신 채널들에 관한 정보는 통신을 개선하기 위하여 송신기에서 이용된다. 예컨대, ETSI UMTS 물리계층 전문가그룹에 제출된 문헌 Tdoc SMG2 UMTS-L1 318/98은 전용 채널들이 각각의 송신 안테나에서 동일한 데이터 및 코드와 응집적으로(coherently)이지만, 안테나 특정 진폭 및 위상 가중치를 갖고 전송되는 전송 적응 어레이(Tx AA) FDD 방식의 동작을 기술한다. 수신기는 각각의 안테나로부터 보여지는 채널들을 개별적으로 추정하기 위하여 공통 채널들상에서 전송된 파일럿들을 사용한다. 수신기는 수신기에서 수신된 전력을 최대화하기 위하여 송신기에 인가되어야 하는 가중치들을 추정하고 가중치들을 양자화한 후 이들을 송신기에 되돌려준다. 송신기는 어레이의 각각의 송신 안테나로부터 전송된 신호들의 진폭들 및 위상들에 각각의 양자화된 가중치들을 인가한다. 대안적으로, TDD 시스템에서, 다운링크 송신 안테나에 인가된 신호들을 가중치를 가하기 위한 채널 상태 정보는 채널들이 균등하다고 가정하면, 수신기로부터 송신기로 임의의 특정채널의 전송 또는 가중정보의 전송없이 업링크 신호들로부터 유도될 수 있다.
동일한 신호가 송신 및 수신 안테나 엘리먼트들의 상이한 결합들을 통해 공간-시간 다이버시티로 전송되는 다중-송신-다중-수신('MTMR') 다이버시티 방식들은 신호대 잡음비('SNR')면에서 큰 이득을 제공하고, 이에 의해, 낮은 SNR들로 동작하며 고차 변조들(high-order modulations)의 사용을 통해 스펙트럼 효율성을 증가시킬 수 있다. 대안적으로, 다중-스트림 무선 통신 방식들에서, 다른 신호들은 높은 스펙트럼 효율성이 가능하도록 송신 및 수신 안테나 엘리먼트 어레이들 사이에서 전송될 수 있다. 그러나, 제안된 이러한 종류의 다중-스트림 방식들은 높은 SNR들에서만 실행 가능하며 수신기에서, 상이한 전송된 신호들을 추출할 수 있도록 복합 수신기들을 필요로 한다(N-송신 및 M-수신 안테나 구조에서, M은 N보다 크거나 또는 동일해야 한다).
개방-루프 다중-스트림 단일 사용자 방식의 예는 G.J. Foschini 저, 명칭 "다중 안테나들을 사용할때 페이딩 환경에서 무선 통신을 위한 계층화된 공간-시간 구조(Layered Space-Time Architecture for Wireless Communication in a fading Environment When Using Multiple Antennas)", Bell Laboratories Technical Journal, Vol. 1, No 2, Autumn, 1996,pp.41-59에 기술된 벨 연구소 계층화된 공간-시간('BLAST') 방식이다.
채널 지식이 다중-스트림 전송을 위하여 송신기에서 사용되는 상기 방식에 대한 폐루프 대안은 Mansoor Ahmed, Joseph Pautler 및 Kamyar Rohanid의 논문 "다중-입력 다중-출력 안테나 시스템들을 위한 CDMA 수신기 성능(CDMA Receiver Performance for Multiple-input Multiple-Out Antenna Systems)", Vehicular Technology Conference, Fall, Atlanta City, Oct 2001에 개시되어 있다. 통신 시스템의 원리를 기술하는 도면은 첨부한 도 1에 도시되어 있다.
이러한 방식은 다이버시티 이득 및 스펙트럼 효율간의 절충(compromise)에 의하여 제한되며, 이에 따라 동작 SNR들의 범위는, 복잡성이 증가되거나 높은 변조 배열(예컨대 64 QAM 보다 큰)이 사용되지 않는 경우에 제한된다. 본 발명은 다이버시티 이득 및 스펙트럼 효율간의 절충으로 실질적인 개선을 제공한다.
본 발명은 첨부한 청구범위에 기술된 바와 같은 다중-송신 다중-수신 안테나 에러이들을 사용하여 무선 통신을 위한 장치 및 방법을 제공한다.
도 1은 공지된 일반적인 다중-스트림 단일 사용자 통신 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 예로서 제공된 다중-스트림 통신 시스템의 개략도.
도 3은 다른 스펙트럼 효율들에 대해 도 2의 시스템 성능을 기술한 그래프.
도 4는 동일한 수의 송신 안테나 엘리먼트들을 가지지만 다른 수의 수신 안테나 엘리먼트들을 가진 개방루프 시스템과 비교하여 도 2의 시스템 성능을 기술한 그래프.
도 5는 동일한 수의 송신 및 수신 안테나 엘리먼트들을 가진 개방루프 시스템과 비교하여 도 2의 시스템 성능을 기술한 그래프.
도 1은 N개의 송신 안테나 엘리먼트들의 송신 안테나 어레이(2)를 포함하는 송신기 국(1) 및 M개의 수신 안테나 엘리먼트들의 수신 안테나 어레이(4)를 포함하는 수신기 국(3)을 포함하는 공지된 다중-스트림 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1에 기술된 예에서, N=M=2이다. 복수의 구별되는 데이터 스트림들(x1 내지 xF)(도 1의 예에서 F=2)은 송신 안테나 어레이(2)로부터 수신 안테나 어레이(4)로 전송되며, 데이터 스트림들은 각각의 복소수 가중 계수들 vn,f에 의하여 가중되며, 여기서 n은 n번째 송신 안테나 어레이이며, f는 송신 안테나 어레이에 인가되기 전에 f번째 데이터 스트림이다. 구별되는 데이터 스트림들은 분리되어, 검출된 신호들 s1 및 s2를 생성하기 위하여 선형 또는 비선형 수신기(5)의 수신기 국에서 추정된다.
도 1에 도시된 경우에,N=M=F=2이고, 전파채널은 매트리스
Figure 112008008269399-pct00001
으로 표현될 수 있다. 모토로라에 의하여 개발되고 Mansoor Ahmed, Joseph Pautler 및 Kamyar Rohani에 의한 전술한 문헌에 기술된 폐루프 시스템에서, 채널 지식은 다중-스트림 전송을 위한 송신기에서 사용된다. 이러한 방식은 송신 안테나에 인가된 가중 매트릭스 V=[V1 V2]의 지식을 필요로하며, 여기서
Figure 112008008269399-pct00002
및
Figure 112008008269399-pct00003
는
Figure 112008008269399-pct00004
의 두 개의 고유-벡터들(eigen-vectors)이다(T 및 H는 각각 전치 매트릭스 및 공액 전치 매트릭스를 나타낸다). 도 1에 도시된 입력들(n1 및 n2)은 신호 채널들에 추가된 잡음을 나타낸다. 잡음은 분산(variance)
Figure 112008008269399-pct00005
(AWGN 잡음)을 가진 개별적으로 동일하게 분포된 ('i.i.d.') 복소수 가우시안 랜덤 값들인 것으로 이하에 분석에서 가정된다. 마지막으로, y1 및 y2는 수신 안테나 어레이(2)의 두 개의 안테나에서 수신된 각각의 신호를 나타낸다.
G.J.Foschini에 의한 전술한 문헌에 기술된 BLAST 기술은 세팅들이 vi.i=v2,2=1 및 v1,2=v2,1=0가 되며, 이는 각각의 데이터 스트림은 각각의 단일 송신 안테나 엘리먼트을 통해서만 전송되고 채널 지식은 송신기에서 사용되지 않는(개방루프)다는 것을 의미한다.
종래의 TxAA 폐루프 송신 다이버시티 방식에서, 단일 스트림은
Figure 112008008269399-pct00006
및 V2=0 이도록
Figure 112008008269399-pct00007
의 최대 고유벡터에 대응하는 고유벡터에 따라 전송된다는 것이 또한 인식될 것이다. 이는 폐루프 단일 스트림 단일 사용자 방식이며, 도 1에 도시된 이중-스트림 TxAA에서 두 고유벡터 V1 및 V2가 사용된다.
고속 다운링크 공유 채널(HS-DSCH) 통신과 관련한 분석은 이중-스트림 TxAA에 관한 두 개의 주요 결론들에 이르렀다. 제 1 결론은 낮은 SNR(약 -5dB)에서 터보 코드들, H-ARQ 및 워터 필링을 사용하면 폐루프 이중-스트림 방식이 개방루프 이중-스트림 방식과 비교할때 평균 스루풋(비트들/칩 간격)에서 50% 증가까지 제공할 수 있다는 것이다. 제 2 결론은 폐루프 이중 스트림 방식에서 비선형 수신기의 성능(평균 스루풋)이 선형 수신기에서의 성능과 거의 동일하며 다시 말해서 송신기에서의 채널 지식의 사용이 비선형 프로세싱에 대한 필요성을 제거한다는 것이다.
그러나, 단일 스트림 폐루프 송신 다이버시티(TxAA)가 0.5 내지 3비트들/칩-간격이 평균 스루풋(thoughput)이고, 중간 및 낮은 SNR(-5 내지 10dB)에서 최상의 성능을 제공한다. 이는 높은 SNR 시나리오(>10dB) 조건들이 셀룰라 시스템들(예컨대 특히 CDMA 시스템들)에서 낮은 확률로 발생하는 경우에 매우 중요하다.
도 2에 도시된 본 발명의 실시예는 다중 스트리밍을 사용하여 데이터율을 증가시키면서 폐루프 송신 다이버시티의 장점을 취한다. 도 2에서 도 1의 엘리먼트들과 유사한 엘리먼트들은 동일한 도면부호를 가진다.
이러한 본 발명의 실시예는 일반적으로 응용가능하며, 여기서 F 데이터 스트림들은 적어도 하나가 다수의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들로부터 송신된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹은 동일한 수 Nd의 송신 안테나 엘리먼트들을 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 송신 안테나 엘리먼트들의 부그룹들은 다른 수의 송신 안테나 엘리먼트들을 가지며, 각각의 그룹들은 적어도 Nd 송신 안테나 엘리먼트들을 포함한다. 바람직하게, 이러한 본 발명의 실시예에서처럼, 일부 부그룹에서 최소 수 Nd의 송신 안테나 엘리먼트들은 적어도 2이다. 부그룹에서 하나 이상의 안테나 엘리먼트의 사용은 데이터 스트림에 대한 통신 다이버시티를 개선하며, 하나 이상의 부그룹의 사용은 부그룹들을 통해 다른 신호들을 전송함으로써 스펙트럼 효율성을 개선한다. 각각의 부그룹에서 송신 안테나 엘리먼트들의 수를 포함하는 구성의 선택과 N 및 Nd는 채널 상태들 및 목표 성능들의 함수로서 주어진 응용과 관련하여 공식화될 수 있는 최적화 문제이다.
목표 성능 및 기능적 SNR(functioning SNR)에 의존하여, 필요한 다이버시티 및 스펙트럼 효율성을 제공하기 위하여 Nd 및 그룹들의 수를 선택할 수 있다. 더욱이, 모든 N개의 안테나들이 사용되진 않도록 Nd 및 그룹들의 수를 선택할 수 있어서 수신기에서 계산의 복잡성이 감소될 수 있다. 이러한 구성은 양호한 채널 품질, 이에 따른 높은 SNR 및 낮은 목표 성능의 경우에 사용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 전체 및 각각의 부채널에서 사용된 안테나들의 수들과 Nd의 값은 현재의 채널 조건들 및 목표 성능에 상기 선택을 적응시키기 위하여 시스템의 동작동안 수정된다.
수신기측에서, 이러한 본 발명의 실시예는 일반적으로 M개의 수신 안테나들에 응용가능하며, 여기서 M은 (N/Nd) 이상이다.
단순화를 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예는 2개의 데이터-스트림들, 4개의 송신 안테나들 및 2개의 수신 안테나들(N=4, Nd=2, M=2)의 경우와 관련하여 도 2에 기술된다. 도 2에 도시된 다중-스트림 무선통신 시스템은 두 개의 송신 안테나 엘리먼트들의 송신 안테나 어레이(2)를 포함하는 송신기 국(1) 및 두 개의 수신 안테나 엘리먼트들의 수신 안테나 어레이(4)를 포함하는 수신기 국(3)을 포함한다. 선형 또는 비선형 수신기(5)는 수신 안테나 어레이(4)에서 수신된 신호들을 분리하고 디코딩한 후 복조한다.
송신 안테나 어레이(2)의 엘리먼트들은 두 개의 부그룹들(6 및 7)에 접속된다. 두 개의 구별되는 데이터 스트림들(x1 및 x2)은 송신 안테나 부그룹(6) 및 송신 안테나 부그룹(7)로부터 수신 안테나 어레이(4)로 각각 전송된다. 데이터 스트림(x1)이 부그룹(6)의 두 개의 안테나 엘리먼트들에 각각 인가되기 전에 복소수 가중 계수들(v1 및 v2)에 의하여 가중되며, 데이터 스트림(x2)는 부그룹(7)의 두 개의 안테나 엘리먼트들에 각각 인가되기 전에 복소수 가중 계수들(v3 및 v4)에 의하여 가중된다. 구별되는 데이터 스트림들은 분리되어, 검출된 신호들(s1 및 s2)을 발생시키기 위하여 선형 또는 비선형 수신기(5)가 수신기 국에서 추정된다.
도 2에 도시된 경우에, N=M=Nd=2이고, 전파채널은 두 개의 매트릭스
Figure 112008008269399-pct00008
및
Figure 112008008269399-pct00009
으로 표현될 수 있으며, 여기서 hij는 i번째 송신 안테나 엘리먼트로부터 j번째 수신 안테나 엘리먼트까지의 채널을 나타낸다.
그 다음에, 수신된 신호 벡터는 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112008008269399-pct00010
수식(1)
여기서,
Figure 112004050064744-pct00011
수식(2)
그리고, 데이터 스트림들은 각각의 복소수 가중 계수들 vn,f에 의하여 가중되며, 상기 n은 n번째 송신 안테나 엘리먼트를 나타내며, f는 f번째 데이터 스트림을 나타내며, y1 및 y2는 수신 안테나 어레이(2)의 두 개의 안테나에서 수신된 각각의 신호들을 나타내며, n1 및 n2는 분산
Figure 112008008269399-pct00012
을 가진 개별적으로 동일하게 분포된 ('i.i.d') 복소수 가우시안 랜덤값(AWGN 잡음)으로 가정될때 신호 채널들에 추가된 잡음을 나타낸다.
수식(1)을 벡터 형식으로 다시 쓰면 다음과 같다.
Figure 112008008269399-pct00013
수식(3)
여기서,
Figure 112008008269399-pct00014
수식(4)
Figure 112008008269399-pct00015
의 크기는 2x2이다.
선형 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 수신기의 출력에서 추정된 심볼들(스트림들)은 다음과 같이 주어진다.
Figure 112008008269399-pct00016
수식(5)
여기서,
Figure 112008008269399-pct00017
은 MMSE 수신기의 전달함수이며, I는 식별 매트릭스이며, 윗첨자 H는 연산 전치 공액을 나타낸다.
각각의 스트림에 대하여, 계수
Figure 112008008269399-pct00018
는 전체 전송전력이 정규화되도록 유닛 노르마 제약(unit norm constraint)하에서 수신된 전력 P를 최소화하기 위하여 선택된다. 고유필터 솔루션으로 칭하는 V1 및 V2에 대한 분석 솔루션(예컨대, Prentice Hall에 의하여 발행된 Simon Haykin에 의한 문헌 "적응 필터 이론(adaptive filter theory)"의 4.4 및 4.5장 참조)은 매트릭스
Figure 112008008269399-pct00019
및
Figure 112008008269399-pct00020
의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터들이다. 여기서,
Figure 112008008269399-pct00021
수식(6)
수식(6)을 사용하면, 두 개의 스트림들이 수신기의 출력에서 분리되어 추정되며, 이에 따라 차수 2의 스펙트럼 효율이 증가된다. 더욱이, 코히어런트 결합 및 다이버시티 이득에 대하여, 안테나 계수들(V1 및 V2)는 각각의 스트림에 대한 수신기 출력 전력을 최대화하도록 선택된다.
다중-스트림 송신 적응 안테나('M-TxAA')로서 언급된 본 발명의 실시예의 성능이 N=4, Nd=2 및 M=2의 경우에 N, Nd 및 M의 다른 값들과 스펙트럼 효율들과 관련하여 도 3, 4 및 5에 도시된다. 성능은 비트당 송신 에너지 대 잡음의 비('TxEb/No')의 함수로서 코딩되지 않은 비트 에러율('BER')에 의하여 평가된다.
본 발명의 실시예에서 얻어진 결과는 상이한 코딩 방식들, 즉 이진 위상 시프트 키('BPSK'), 직교 위상 시프트 키('QPSK') 및 배열당 16 및 64 심볼들을 사용하는 직교 진폭 변조('QAM-16' 및 'QAM-64')에 의하여 주어진 다른 스펙트럼 효율성들과 관련하여 도 3에 도시된다.
도 4는 본 발명의 두 개의 수신 안테나 엘리먼트들의 실시예 대신에 4개의 수신 안테나 엘리먼트들을 가진 개방루프 시스템('OL') 및 동일한 수의 송신 안테나 엘리먼트(4개) 및 본 발명의 상기 실싱예의 성능간의 비교를 도시한다. Tx Eb/No [6-20 dB]의 주어진 범위에 대하여 성능은 M-TxAA가 다중-스트림 개방루프 방식(BLAST)에 비교하여 사용될 때 상당히 개선된다. 더욱이, 주어진 SNR 및 코딩되지 않은 BER에 대하여, (3e-2 및 20dB) M-TxAA은 개방루프 다중-스트림 방식보다 50% 높은 12 비트/심볼 (R=2x6)의 비트율을 달성한다. 다른 한편으로, 고정된 비트율 및 주어진 코딩되지 않은 BER(예컨대 8비트 /심볼 및 3e-2)에 대하여 M-TxAA는 개방루프 다중-스트림 방식보다 3.5dB 낮은 16.5dB의 SNR에서 동작할 수 있다. 이들 도면 3 및 4에 대하여 단지 M=2 안테나들이 M-TxAA에 대한 수신기에서 사용되어 이동 복잡성이 감소되는 반면에, 개방 루프 다중-스트림은 적어도 M=4 수신 안테나를 필요로한다.
도 5는 동일한 수(4개)의 송신 안테나 엘리먼트들 및 수신 안테나 엘리먼트들을 가진 개방 루프 시스템('OL') 및 본 발명의 실시예의 성능(M-TxAA)간의 비교을 도시한다. 주어진 스펙트럼 효율, 예컨대 8비트/심볼 및 주어진 코딩되지 않은 BER, 예컨대 3e-2에 대하여, M-TxAA는 개방 루프 다중-스트림 방식보다 10dB 낮은 10.0dB의 SNR에서 동작할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 더욱이, 3e-2의 동일한 코딩되지 않은 BER에서, 개방루프보다 높은 50%높은 비트율(8비트/심볼보다 오히려 12비트/심볼)에 대하여, M-TxAA은 14dB, 즉 4dB낮은 SNR에서 동작할 수 있다.
가중치들
Figure 112008008269399-pct00022
및
Figure 112008008269399-pct00023
의 양자화는 현재의 3GPP Rel'99 폐루프 송신 다이버시티 방식에 지정된 바와같이 수행될 수 있다. 엘리먼트들(v1 및 v3)은 일정한 전력으로 고정될 수 있으며,(v2 및 v4)는 상대 진폭 및 위상(각각 v1 및 v3)으로 세팅된다. 따라서, 단지 두 개의 계수들(v2 및 v4)은 무시할 수 있는 추가 오버헤드를 나타내는 피드백이 될 필요가 있다.
앞서 기술된 본 발명의 실시예들에서, 송신 안테나 쌍(6 및 7)은 동일한 셀/섹터내에 있는 단일 송신기 부분을 형성한다. 그러나, 송신기 안테나 쌍은 이동국이 소프트 핸드오버/소프터-핸드오버(softer-handover)동안 동시에 통신하는 두 개의 다른 섹터/셀들의 부분을 형성하는 것이 가능하다. 따라서, 이동국은 두 개의 다른 셀들/섹터 기지국 송신기들로부터 두 개의 개별 스트림들을 수신한다.
본 발명의 실시예들은 각각의 그룹에 두 개의 안테나 엘리먼트들을 가진 두 개의 송신 안테나 부그룹들 및 두 개의 수신 안테나 엘리먼트들이 존재하는 특정 예를 참조로하여 앞서 기술되었다. 부그룹(Gi)는 Ni 송신 안테나 엘리먼트(여기서 Ni≥Nd임) 및 M 수신 안테나 엘리먼트들을 포함하는, 송신 안테나 엘리먼트의 부그룹들(Gi)의 더 일반적인 경우에 앞의 수식들의 적응은, 다음과 같은 수식들을 제공한다(평면-페이딩 경우를 위하여 지시되며, 매트릭스들의 항목들에 대응 벡터들을 삽입함으로써 더 일반적인 다중경로의 경우까지 확장될 수 있다).
수식(1)은 다음과 같이 된다.
Figure 112004050064744-pct00024
수식(7)
ui의 값들(수식 2)은 다음과 같이 된다.
Figure 112008008269399-pct00025
수식(8)
여기서 i=1,...,G이며, 제 1 인덱스에 대해서만 합이며, 만일
Figure 112008008269399-pct00026
을 나타내면 인덱스 1은 앞에서 표현된 바와같이 합이다.
수식 4는 다음과 같이 된다.
Figure 112008008269399-pct00027
수식(9)
,
Figure 112008008269399-pct00028
수식(10)
그 다음에, Vi에 대한 고유벡터 솔루션(도 6을 참조하라)은 매트릭스
Figure 112008008269399-pct00029
의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터이다. 여기서,
Figure 112008008269399-pct00030
수식(11)

Claims (6)

  1. 복수의 N개의 송신 안테나 엘리먼트들의 송신 안테나 어레이를 포함하는 송신기 수단(1)과 복수의 M개의 수신 안테나 엘리먼트들의 수신 안테나 어레이(4)를 포함하는 수신기 수단(3)간의 폐루프 다중-스트림 무선 통신 방법으로서, 복수의 구별되는 데이터 스트림들(x1 내지 xG)은 상기 송신 안테나 어레이로부터 상기 수신 안테나 어레이로 전송되며, 상기 데이터 스트림들은 상기 송신 안테나 어레이에 인가되기 전에 각각의 복소수 가중 매트릭스들(complex weighting matrices)에 의하여 가중되며, 상기 구별되는 데이터 스트림들은 상기 수신기 수단에서 분리되어 추정되는, 상기 폐루프 다중-스트림 무선 통신 방법에 있어서,
    상기 구별되는 데이터 스트림들(x1, xG)을 적어도 하나가 복수의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 상기 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들(6,7)에 인가하고, 상기 부그룹들 각각은 적어도 Nd개의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하며, 여기서, M은 (N/Nd)이상이며, 상기 복소수 가중 매트릭스들(v1 내지 vn)은, 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들을 포함하며, 상기 복수의 N개의 송신 안테나 엘리먼트들 각각과 상기 복수의 M개의 수신 안테나 엘리먼트 각각의 사이에 상기 구별되는 데이터 스트림들(x1 내지 xG)을 전송하기 위해 각각의 전송 채널들(hij)로부터 얻어지고,
    Nd는 2이상이고,
    상기 복소수 가중 매트릭스들 각각은 매트릭스
    Figure 112010000038972-pct00040
    의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터와 동일하게 되도록 계산되며, 여기서
    Figure 112010000038972-pct00041
    는 대응하는 데이터 스트림에 의해 보여지는 송신 안테나 엘리먼트들(6,7)의 상기 각각의 부그룹들을 포함하는 등가 전송 채널들의 매트릭스이며,
    Figure 112010000038972-pct00042
    는 매트릭스
    Figure 112010000038972-pct00043
    의 에르미트 변환(Hermitian transform)인, 폐루프 다중-스트림 무선 통신 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 부그룹들 각각의 상기 송신 안테나 엘리먼트들의 수는 동작중에 재구성가능한, 폐루프 다중-스트림 무선 통신 방법.
  5. 복수의 N개의 송신 안테나 엘리먼트들의 송신 안테나 어레이를 가지는 송신기 수단(1)과 복수의 M개의 수신 안테나 엘리먼트들의 수신 안테나 어레이(4)를 가지는 수신기 수단(3)간의 폐루프 다중-스트림 무선 통신 장치로서,
    상기 송신기 수단은 상기 송신 안테나 어레이로부터 상기 수신 안테나 어레이로 복수의 구별되는 데이터 스트림들(x1 내지 xG)을 전송하고, 상기 송신 안테나 어레이에 인가되기 전에 각각의 복소수 가중 매트릭스들에 의하여 상기 데이터 스트림들을 가중시키도록 동작하고
    상기 수신기 수단은 상기 구별되는 데이터 스트림들을 분리 및 추정하며,
    상기 송신기 수단은 상기 구별되는 데이터 스트림들(x1, xG)을 적어도 하나가 복수의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하는 상기 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들(6,7)에 인가하는 수단을 더 포함하며, 상기 부그룹들 각각은 적어도 Nd개의 송신 안테나 엘리먼트들을 포함하며, 여기서, M은 (N/Nd)이상이며, 상기 복소수 가중 매트릭스들(v1 내지 vn)은, 송신 안테나 엘리먼트들의 각각의 부그룹들을 포함하며, 상기 복수의 N개의 송신 안테나 엘리먼트들 각각과 상기 복수의 M개의 수신 안테나 엘리먼트 각각의 사이에 상기 구별되는 데이터 스트림들(x1 내지 xG)을 전송하기 위해 각각의 전송 채널들(hij)로부터 얻어지고,
    Nd는 2이상이고,
    상기 복소수 가중 매트릭스들 각각은 매트릭스
    Figure 112010000038972-pct00044
    의 가장 큰 고유값에 대응하는 고유벡터와 동일하게 되도록 계산되며, 여기서
    Figure 112010000038972-pct00045
    는 대응하는 데이터 스트림에 의해 보여지는 송신 안테나 엘리먼트들(6,7)의 상기 각각의 부그룹들을 포함하는 등가 전송 채널들의 매트릭스이며,
    Figure 112010000038972-pct00046
    는 매트릭스
    Figure 112010000038972-pct00047
    의 에르미트 변환(Hermitian transform)인, 폐루프 다중-스트림 무선 통신 장치.
  6. 삭제
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