KR100958501B1

KR100958501B1 - 무선 통신 시스템

Info

Publication number: KR100958501B1
Application number: KR1020097009084A
Authority: KR
Inventors: 히로유끼 세끼
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2010-05-17
Also published as: CN101091344A; CN101091344B; JPWO2006070478A1; WO2006070478A1; JP4536733B2; KR20090051127A; EP1833186A1; US20070243831A1; EP1833186A4

Abstract

송신 장치(1)는, 복수의 안테나(15-1~15-4)를 이용하여 복수의 송신 빔1~M을 형성한다. 상관이 낮고 또한 수신 품질이 양호한 송신 빔(2, 3)이 선택된다. 송신 빔2를 이용하여 데이터 스트림1을 송신하고, 송신 빔3을 이용하여 데이터 스트림2를 송신한다. 이에 의해, 어댑티브 어레이 안테나를 이용한 MIMO 다중 전송이 실현된다.

어레이 안테나, 이동기, 데이터 스트림, 웨이트 세트, 리니어 어레이 안테나, 승산 회로, 송신 빔, 빔 포밍 송신

Description

무선 통신 시스템{WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은, 무선 통신 시스템 및 무선 통신 시스템에서 사용되는 통신 장치에 관한 것으로, 특히, 무선 통신 시스템에서 다입력·다출력(MIM0:Multi-Input Multi-0utput) 전송 방식으로 데이터 전송을 행하는 송신 장치 및 수신 장치에 관한 것이다.

최근, 무선 통신 시스템에서, 복수의 송신 안테나로부터 서로 다른 데이터 스트림을 병렬로 송신함으로써, 송신 안테나수에 비례하여 전송 용량을 증대시키는 공간 다중 전송 기술이 주목받고 있다. 이 경우, 복수의 송신 안테나는, 서로 상관없게 되도록 떨어진 위치에 배치되고, 각 안테나로부터 송신되는 데이터 스트림은, 각각 독립된 페이딩 전반로를 통하여 전송되어 수신 안테나에 의해 수신된다. 또한, 서로 상관없게 되도록 배치된 복수의 수신 안테나를 이용하여 MIMO 시스템을 구성하면, 자유도가 높은 채널 상관 행렬을 생성할 수 있고, 공간 다중화된 복수의 데이터 스트림을 분리할 때의 SNR(Signal to Noise Ratio)을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 일반적인 MIMO 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 MIMO 시스템에서, 송신 장치는 M개의 송신 안테나를 갖고, 수신 장치는 N개의 수신 안테나를 갖고 있다.

송신 장치는, M개의 데이터 스트림 S₁~S_M에 대하여, 각각, 데이터 변조, 샘플링, D/A 변환, 직교 변조, 주파수 업 컨버트, 대역 제한 필터링 등을 행하여, 그들의 데이터 스트림을 대응하는 송신 안테나를 통하여 송신한다. 각 안테나로부터 송신된 신호는, 서로 독립된 페이딩 채널 h_mn을 통하여, 공간에서 다중화된 후, 수신 안테나에 의해 수신된다. 또한, 「h_ij」는, i번째의 송신 안테나로부터 j번째의 수신 안테나에의 채널의 특성을 나타낸다.

수신 장치는, 수신한 신호에 대하여, 각각, 필터링, 주파수 다운 컨버트, 직교 검파, A/D 변환을 행함으로써, N개의 수신 데이터 스트림 x₁~x_N을 생성한다. 각 수신 데이터 스트림은, 각각, M개의 송신 데이터가 다중화되어 있으므로, 모든 수신 데이터 스트림에 대하여 신호 처리를 행함으로써, 송신 데이터 스트림 S₁~S_M이 분리/재생된다. 또한, 수신 장치에서 송신 데이터 스트림을 분리하기 위한 신호 처리 알고리즘으로서는, 채널 상관 행렬의 역행렬을 이용하는 ZF(Zero-Forcing) 혹은 MMSE(MinimumMean Square Error)가 알려져 있다. 또한, 채널 상관 행렬의 역행렬 연산을 행하지 않는 신호 처리 알고리즘으로서는, MLD(Maximum Likelihood Decoding)가 알려져 있다.

무선 통신 시스템에서 복수의 송신/수신 안테나를 사용하는 다른 기술로서, 송신 어레이 안테나를 이용하는 빔 포밍이나, 수신 어레이 안테나를 이용하는 어댑 티브 어레이 안테나가 알려져 있다. 이들 기술을 이용하는 시스템에서는, MIMO 전송 방식과 달리, 어레이 안테나를 구성하는 복수의 안테나 소자는, 안테나간의 상관이 높아지도록 서로 근접하여 배치된다.

도 2는, 어레이 안테나를 이용하여 송신 빔 포밍을 행하는 시스템을 도시하는 도면이다. 도 2에서, 데이터 스트림 S₁은, 안테나수와 동일한 수만큼 카피되고, 안테나마다 서로 다른 웨이트가 승산된다. 이에 의해, 지향성을 가진 송신 빔이 형성되고, 수신 장치에서는, 지향성 안테나의 이득에 따라서 수신 품질이 향상된다.

그런데, 차세대의 이동 통신 시스템에서는, 5㎓ 등의 비교적 높은 캐리어 주파수가 이용될 가능성이 있고, 이 경우, 전반 로스가 증대하여 전송 거리가 짧아진다. 또한, 전송 레이트의 고속화 혹은 광대역화에 수반하여, 송신 신호의 전력을 크게 할 필요가 있다. 따라서, 차세대의 이동 통신 시스템에서는, 큰 안테나 이득이 얻어지는 어레이 안테나를 사용함으로써, 전송 거리를 증대시킴과 함께, 송신 전력의 증대를 억제하는 기술이 요구된다. 또한, MIMO 전송 방식은, 송신 안테나의 개수에 비례하여 전송 속도가 높아지고, 주파수 이용 효율이 대폭 향상되므로, 차세대의 이동 통신 시스템에서 중요한 기술이라고 생각된다.

이와 같이, MIMO 전송 및 어레이 안테나는, 모두 차세대의 이동 통신 시스템에서 중요한 기술이다. 따라서, 동일한 기지국 시스템에서 이들 기술을 공존시키면, 통신 퍼포먼스의 향상이 기대된다. 그러나, MIMO 전송 기술에서는, 안테나간 의 상관이 낮은 것이 바람직하다. 이 때문에, 안테나 간격은 캐리어 파장의 10배 이상으로 하는 경우가 많다. 한편, 어레이 안테나는, 안테나간의 상관이 높은 것이 바람직하다. 이 때문에, 예를 들면, 일반적인 셀룰러 이동 통신의 기지국에서는, 어레이 안테나의 안테나 간격은 캐리어파의 반파장 내지 1파장 정도가 적당하다. 따라서, 동일한 기지국 시스템에서 장치의 규모를 크게 하지 않고 MIMO 전송 기술 및 어레이 안테나 기술을 공존시키는 것은 용이하지 않다.

특허 문헌 1에는, MIMO 전송 및 어레이 안테나를 공존시키는 기술이 기재되어 있다. 도 3은, 특허 문헌 1에 기재된 시스템을 도시하는 도면이다. 도 3에 도시하는 시스템의 송신 장치는, 2세트의 서브 어레이 안테나를 구비한다. 여기서, 각 서브 어레이 안테나는, 각각 복수의 안테나 소자로 구성되어 있고, 안테나 소자마다 각각 적절한 웨이트가 설정된다. 이에 의해, 각 서브 어레이 안테나는, 각각 독립된 송신 빔을 형성한다. 그리고, 각 서브 어레이 안테나를 통하여 서로 다른 데이터 스트림을 송신함으로써, MIMO 다중 전송이 행하여진다.

그런데, 각 서브 어레이 안테나로부터 송신되는 지향성 빔간의 상관을 작게 하기 위해서는, 이들 서브 어레이 안테나는, 캐리어파의 파장의 10배 이상의 간격을 이격하여 배치된다. 이 때문에, 안테나를 설치하기 위한 스페이스가 크게 된다. 또한, 특허 문헌 1에 기재된 송신 장치에서는, 「송신 안테나의 개수」= 「각 서브 어레이 안테나를 구성하는 안테나 소자의 수」×「서브 어레이 안테나의 수(MIMO 다중수)」로 되므로, 장치의 규모가 크게 된다.

특허 문헌 2에는, 데이터 스트림마다 서로 다른 어레이 웨이트를 승산하여 MIMO 전송을 행하는 기술이 기재되어 있다. 단, 특허 문헌 2에 기재된 시스템에서는, 송신 장치에서의 송신 안테나 웨이트 및 수신 장치에서의 수신 안테나 웨이트의 쌍방을 이용하는 것이 필수 요건으로 되어 있다. 또한, 송신 안테나 웨이트는, 채널 행렬 H 및 상관 행렬 R을 이용하여 복수의 고유 벡터를 계산함으로써 얻어진다. 따라서, MIMO의 신호 분리 방법이 한정되기 때문에, 설계의 자유도가 낮고, 또한, 안테나 웨이트를 얻기 위한 알고리즘이 복잡하게(즉, 연산량이 많게) 되는 것이라고 생각된다.

특허 문헌 1: 일본 특개 2003-338781호 공보(도 1, 명세서의 단락 0038∼0044)

특허 문헌 2: 일본 특개 2004-72566호 공보(도 1, 2, 5, 명세서의 단락 0010, 0046∼0047)

<발명의 개시>

본 발명의 목적은, 통신 장치의 규모를 크게 하지 않고, 통신 품질이 양호한 고속 데이터 전송을 실현하는 것이다.

본 발명의 통신 장치는, 무선 통신 시스템에서 사용되고, 복수의 안테나와, 상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 송신 웨이트 세트를 승산함으로써 복수의 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성 수단과, 상기 복수의 송신 빔 중에서 상관이 미리 결정된 상관 임계값보다도 낮은 2이상의 송신 빔을 이용하여 서로 다른 데이 터 스트림을 송신하는 송신 수단을 갖는다. 본 발명에 따르면, 상기 복수의 안테나의 간격이 좁은 경우에도, 복수의 데이터 스트림을 병렬로 전송하는 공간 다중 전송을 실현할 수 있다. 즉, 고속 데이터 전송이 가능한 통신 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

상기 송신 수단은, 상기 복수의 송신 빔 중에서 상관이 미리 결정된 상관 임계값보다도 낮고, 또한 수신 품질이 미리 결정된 품질 임계값보다도 높은 2이상의 송신 빔을 이용하여 서로 다른 데이터 스트림을 송신하도록 해도 된다. 이 구성을 도입하면, 통신 품질의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 상기 송신 수단은, 2이상의 송신 빔이 선택되지 않았을 때에는, 수신 품질이 가장 양호한 1개의 송신 빔을 이용하여 데이터를 송신하도록 해도 된다. 이 구성을 도입하면, 전송로의 상태에 따라서, 전송 속도를 적응적으로 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양태의 통신 장치는, 서로 다른 복수의 데이터 스트림을 공간 다중화하여 전송하는 무선 통신 시스템에서 사용되고, 복수의 안테나와, 상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 수신 웨이트 세트를 승산함으로써 복수의 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성 수단과, 상기 복수의 수신 빔 중에서 상관이 미리 결정된 상관 임계값보다도 낮은 2이상의 수신 빔을 선택하는 선택 수단과, 상기 선택 수단에 의해 선택된 2이상의 수신 빔을 통하여 얻어지는 수신 신호를 이용하여 상기 복수의 데이터 스트림을 분리하는 분리 수단을 갖는다. 본 발명에 따르면, 복수의 수신 빔 중에서 MIMO 신호 분리에 적합한 빔이 선택되므로, 통신 품질이 향 상된다.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

도 4는, 본 발명의 개념을 설명하는 도면이다. 또한, 무선 통신 시스템을 설계함에 있어서 셀 반경을 크게 함과 함께 단말기의 송신 전력을 억제하는 것은 매우 중요한 요건이다. 따라서, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 그 요건을 충족시키기 위해, 적어도 송신 장치는 어레이 안테나를 실장하는 것으로 한다. 게다가, 본 발명에 따른 무선 통신 시스템은, 장치의 규모를 크게 하지 않고(즉, 안테나나 송신기의 수를 늘리지 않고) 고속 데이터 전송이 가능한 MIMO 다중 전송을 도입한다. 또한, 이하의 기재에서 「MIMO 다중 전송」은, 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나를 포함하는 시스템에 한정되는 것은 아니고, 서로 다른 복수의 데이터 스트림을 공간 다중화하여 전송하는 시스템을 널리 포함하는 것으로 한다.

도 4에서, 송신 장치(1)는, 예를 들면, 기지국 장치(BS)이며, 수신 장치(2)는, 예를 들면, 이동기(MS)이다. 단, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니라, 이동기로부터 기지국 장치에 데이터를 송신하는 경우에도 적용된다. 또한, 도 4에 도시하는 예에서는, 송신 장치(1)는, 4개의 안테나 소자를 갖는 어댑티브 어레이 안테나를 이용하여 M개의 송신 빔을 형성할 수 있는 것으로 한다.

송신 장치(1)는, 입력 포트(11)(11-1~11-M), 승산 회로(12)(12-1~12-M), 가산 회로(13)(13-1~13-4), 송신기(14)(14-1~14-4), 및 안테나(15)(15-1~15-4)를 구비한다. 각 입력 포트(11)는, 각각, 입력 데이터 스트림을 대응하는 승산 회 로(12)의 각 승산기에 분배한다. 예를 들면, 입력 포트(11-1)는, 입력 데이터 스트림을 승산 회로(12-1)의 각 승산기에 분배한다.

승산 회로(12-1~12-M)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 각각 4개의 승산기(21-1~21-4)를 갖는다. 또한, 승산 회로(12-1~12-M)에는, 각각 대응하는 웨이트 세트(또는, 웨이트 패턴)가 공급된다. 여기서, 웨이트 세트1~M은, 각각 4개의 웨이트로 구성된다. 예를 들면, 승산 회로(12-1)에 공급되는 웨이트 세트1은, W11~W14로 구성되고, 승산 회로(12-M)에 부여되는 웨이트 세트M은, Wm1~Wm4로 구성된다. 그리고, 승산기(21-1~21-4)는, 각각 입력 신호에 웨이트를 승산한다.

각 가산 회로(13)는, 각각 대응하는 승산기의 출력을 가산한다. 예를 들면, 가산 회로(13-1)는, 각 승산 회로(12)의 승산기(21-1)의 출력의 합을 산출하고, 가산 회로(13-4)는, 각 승산 회로(12)의 승산기(21-4)의 출력의 합을 산출한다. 송신기(14-1~14-4)는, 각각 대응하는 가산 회로(13-1~13-4)의 출력으로부터 송신 신호를 생성한다. 그리고, 안테나(15-1~15-4)는, 각각 대응하는 송신기(14-1~14-4)에 의해 생성된 신호를 송신한다.

송신 장치(1)는, 승산 회로(12-1~12-M)에 각각 서로 다른 웨이트 세트1~M을 적절하게 설정함으로써, M개의 원하는 송신 빔을 형성할 수 있다.

각 송신 빔은, 이하와 같이 하여 형성된다. 예를 들면, 도 6에 도시하는 바와 같이, 안테나(15-1~15-4)가 간격d로 배치된 리니어 어레이 안테나에서는, 각 안테나에 대응하는 웨이트 w_n(n=1~4)을 승산함으로써, 수학식 1에 표현하는 지향성 패 턴이 얻어진다. 여기서, 「y(θ)」는 지향성 패턴을 나타낸다. 웨이트 w_n은, 수학식 2로 표현된다. 스티어링 벡터 V_n(θ)는, 수학식 3으로 표현된다. 「λ」는 캐리어파의 파장이다. 이와 같이, 각 안테나에 웨이트 w_n을 승산함으로써, φ방향에 최대의 지향성을 가진 송신 빔을 형성할 수 있다. 즉, 웨이트 w_n을 적절하게 설정함으로써, 원하는 방향에 최대 지향성을 가진 송신 빔을 형성할 수 있다.

송신 장치(1)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 서로 다른 방향(φ1, φ2, ..., φM)에 최대 지향성을 가진 M개의 송신 빔을 형성한다. 그리고, 송신 장치(1)는, 이들 M개의 송신 빔 중에서, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 빔을 복수 선택하고, 그들 복수의 송신 빔을 이용하여 MIMO 다중 전송을 행한다. 도 4에 도시하는 예에서는, 송신 빔2 및 송신 빔3이 선택되어 있다. 그리고, 이들 2개의 송신 빔을 이용하여, 2개의 데이터 스트림1, 2가 동시에 송신되고 있다. 즉, 데이터 스트림1은, 송신 빔2를 이용하여 송신되고, 데이터 스트림2는, 송신 빔3을 이용하여 송신되고 있다. 이 때, 데이터 스트림1에 대해서는, 승산 회로(12-2)에서, 송신 빔2를 형성하기 위한 안테나 웨이트가 승산되고, 마찬가지로, 데이터 스트림2에 대해서는, 승산 회로(12-3)에서, 송신 빔3을 형성하기 위한 안테나 웨이트가 승산된다.

또한, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 송신 빔이 3개 선택되었을 때에는, 그 선택된 3개의 송신 빔을 사용하여 3다중의 MIMO 전송을 행하고, 4개의 송신 빔이 선택되었을 때에는, 그 선택된 4개의 송신 빔을 사용하여 4다중의 MIMO 전송을 행한다. 또한, 상관이 낮은 송신 빔의 조합이 존재하지 않은 경우에는, 수신 품질이 가장 높은 송신 빔을 사용하여 통상의 빔 포밍 송신을 행한다.

송신 장치(1)의 안테나의 기본 구성은, 어레이 안테나와 동일하다. 그리고, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 안테나가 복수 존재한 경우에는, MIMO 다중 전송을 행한다. 이에 의해, 주파수 이용 효율이 양호한 고속 데이터 통신이 실현된다. 또한, 도 3에 도시한 종래의 구성과 같이 안테나 개수를 늘리지 않고, 어레이 안테나와 MIMO 다중 전송을 공존시키고, 또한 전반로 상태에 따라 유효한 전송 방식을 절환함으로써, 효율적인 통신 시스템을 실현할 수 있다.

도 4에서, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 송신 빔을 선택할 때에, M개의 빔은 동시에 송신될 필요는 없으며, 임의의 일정 간격으로 순서대로 절환하면서 송신하는 것도 가능하다. 예를 들면, 송신측에서 결정된 타이밍에서 빔1 내지 빔M 을 순서대로 절환하면서 신호를 송신하면, 수신측에서는, 각각의 타이밍에서 빔1 내지 빔M의 전반로 특성(채널 응답)을 계산할 수 있다. 이 때, 전반로의 상태 변화가 빔을 절환하는 스피드보다도 느리면, 모든 빔의 전반로 특성이 구해진 시점에서 안테나간의 상관을 계산할 수 있다. 이러한 방법을 이용하면, 송신 빔을 정밀한 각도 간격으로 스위프함으로써, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 양호한 복수의 빔을 서치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 송신 장치(1)는, 1 또는 복수의 송신 빔을 이용하여 데이터 스트림을 송신한다. 이 때, 복수의 송신 빔을 사용하는 경우에는, MIMO 다중 전송이 행하여진다. 그리고, 송신 장치(1)는, 최종적으로 결정된 전송 방법(즉, MIMO 다중수 및 선택된 송신 빔)을, 데이터 채널과는 다른 제어 채널 등을 이용하여 수신 장치(2)에 통지한다.

수신 장치(2)는, 통지된 전송 방법에 따라서, MIMO 신호 분리 등의 복조 처리를 행한다. 여기서, MIMO 신호 분리는, 예를 들면, ZF 알고리즘, MMSE 알고리즘, MLD 알고리즘 등에 의해 행하여진다. 이하, 공지의 기술이기는 하지만, ZF, MMSE, MLD에 대하여 간단히 설명한다.

송신 데이터 스트림을 M차원의 복소 행렬S, 수신 데이터 스트림을 N차원의 복소 행렬X로 나타내면, 하기 수학식 4 및 수학식 5가 얻어진다.

또한, 「H」는, 송신 장치와 수신 장치 사이의 전송로의 상태를 나타내는 N×M의 복소 채널 행렬이다. 또한, 「V」는, 분산 σ_v를 가진 평균값이 제로의 복소 백색 잡음 행렬이다. 「*」는, 행렬의 복소 공액 전치를 나타낸다. 「I」는, N차원의 단위 행렬이다.

그리고, ZF 알고리즘에서는, 수신 장치는, 하기 수학식 6에 의해, 수신 데이터 스트림 X로부터 송신 데이터 스트림 S를 추정한다. 여기서, 「H^*H」는, 채널 상관 행렬이다. 단, 채널 상관 행렬의 역행렬이 존재하기 위해서는, 「N≥M」을 충족시킬 필요가 있다.

MMSE 알고리즘에서는, 수신 장치는, 하기의 수학식 7~수학식 9에 의해, 수신 데이터 스트림 X로부터 송신 데이터 스트림 S를 추정한다. 여기서, 「ρ」은, 수신 안테나 1개당 SNR에 상당한다.

또한, MMES 알고리즘은, SNR을 양호한 정밀도로 추정할 필요가 있지만, ZF 알고리즘에서의 잡음 강조의 영향을 저감할 수 있기 때문에, 일반적으로, ZF 알고리즘보다도 특성이 우수하다.

MLD 알고리즘에서는, 수신 장치는, 하기의 수학식 10에 의해 수신 데이터 스트림X로부터 송신 데이터 스트림S를 추정한다. 여기서, 「Q」는, 변조 데이터의 신호점의 수이며, QPSK에서는 Q=4, 16QAM에서는 Q=16, 64QAM에서는 Q=64이다. 「Si」는, 송신 데이터 변조할 때에 사용되는 각 신호점을 나타내는 벡터이다.

MLD 알고리즘에서는, 다치 변조의 연산량이 방대하게 되고, 또한 연산량은 송신 안테나수에 대하여 지수 함수적으로 증대한다. 그러나, MLD 알고리즘에서는, 채널 상관 행렬의 역행렬 연산을 필요로 하지 않기 때문에, 「N≥M」의 관계를 충족시킬 필요는 없다. 또한, MLD 알고리즘은, 일반적으로, ZF 또는 MMSE와 비교하여 수신 품질을 향상시킬 수 있다.

다음으로, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 복수의 송신 빔을 선택하는 방법에 대하여 설명한다. 여기서는, 수신 장치에서 빔간의 상관 계수 및 수신 품질을 측정하고, 역 링크의 제어 채널 등을 이용하여 송신 장치에 피드백하는 방법에 대하여 설명한다.

이 경우, 송신 장치는, 송신 빔마다 직교한 파일럿 신호를 송신한다. 파일럿 신호의 직교는, 예를 들면, 직교 코드를 이용하는 방법, 혹은 송신 빔마다의 파일럿의 송신 시간을 서로 어긋나게 하는 방법에 의해 실현된다. 또한, 직교 코드를 이용하는 경우에는, 복수 심볼의 파일럿 신호가 사용되고, 각 파일럿 심볼에 각각 직교 코드가 승산된다. 이에 의해, 수신 장치는, 각 송신 빔의 파일럿 신호를 각각 추출할 수 있다.

수신 장치는, 전술한 바와 같이 하여 추출한 각 빔의 파일럿 신호에 기초하여 전반로 정보(채널 정보) h를 계산한다. 즉, 파일럿 신호 S_p가 k번째의 송신 빔을 이용하여 송신되었을 때, 수신 장치에서 검출되는 파일럿 신호 x_p는, 하기의 수학식 11로 표현된다.

이 때, 파일럿 신호 S_p는 미리 알고 있으므로, 수신 장치에서 파일럿 신호 x_p를 검출함으로써, k번째의 송신 빔에 대한 전반로 정보 h_k를 산출할 수 있다.

또한, 수신 장치에서 발생하는 잡음 n을 고려하여 전반로 정보 h를 산출하는 경우에는, 이하의 수순에 따른다. 여기서는, 송신 데이터를 「s」, 수신 신호를 「x」로 한다. 이 경우, 수신 신호 x는, 하기의 수학식 12로 표현된다.

그리고, 송신 데이터 s가 기지의 파일럿 신호이고, 잡음 n을 추정 가능한 것으로 하면, 하기의 수학식 13에 의해 전반로 정보의 추정값 h'를 구할 수 있다.

또한, 웨이트를 이용하여 송신 빔을 형성하는 경우를 생각한다. 이하에서는, i번째의 송신 안테나의 웨이트를 「w_i」, i번째의 송신 안테나와 수신 안테나(여기서는, 수신 안테나는 1개인 것으로 함) 사이의 전반로 정보를 「h_j」로 한다. 그렇게 하면, 수신 신호 x는, 하기의 수학식 14로 표현된다. 또한, 「N」은, 송신 안테나의 개수이다. 또한, 「h_BF」는, 빔 포밍 후의 전반로 정보로서, 하기의 수학식 15로 표현된다.

이와 같이, 송신 빔을 이용한 경우의 수신 신호를 표현하는 수학식 14는, 일반적인 수신 신호를 표현하는 수학식 12와 동일한 식이다. 따라서, 송신 빔을 이용한 경우의 전반로 정보도, 수학식 13과 마찬가지의 방법으로 추정할 수 있다.

계속해서, 송신 빔간의 상관을 계산하는 방법에 대하여 설명한다. 이하에서는, 시각 t에서의 k번째의 빔의 전반로 추정값을 「h_k(t)」로 한다. 또한, L번째의 빔의 전반로 정보를 「h_l(t)」로 한다. 그렇게 하면, k번째의 빔과 L번째의 빔 사이의 상관 계수 ρ_{(k, l)}는, 하기의 수학식 16을 이용하여 계산할 수 있다.

또한, k번째의 빔의 수신 품질은, 예를 들면, 하기의 수학식 17 또는 수학식 18에 의해 계산할 수 있다. 수학식 17에서는, 수신 전력에 의해 수신 품질이 표현 되어 있다. 또한, 수학식 18에서는, 수신 SIR(Signal to Interference Ratio)에 의해 수신 품질이 표현되어 있다. 또한, 수학식 16~수학식 18에서, 「<·>」는, 앙상블 평균을 의미한다. 또한, 수학식 18의 분모의 제2항은, 「h_k(t)」의 단구간에서의 평균값이다.

본 발명에서는, 이와 같이 하여 구한, 빔간의 상관 계수 및 빔마다의 수신 품질 정보에 기초하여, MIMO 다중수 및 사용할 송신 빔을 결정한다. 예를 들면, 상관 계수의 임계값을 「0.5」, 수신 SIR의 임계값을 「10㏈」로 한 경우, 우선, 서로의 상관 계수 ρ가 0.5 이하로 되는 송신 빔을 선택하고, 그 중에서 SIR이 10㏈ 이상인 빔을 선택한다. 또한, 송신 빔의 선택은, 빔간의 상관 계수 및 수신 품질을 측정한 수신 장치에서 행해도 되고, 빔간의 상관 계수 및 수신 품질을 송신 장치에 피드백한 후에 송신 장치에서 행하도록 해도 된다.

상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 복수의 송신 빔을 선택하는 다른 방법으로서는, 송신 장치에서 빔간의 상관 계수 및 통신 품질을 측정하는 방법이 있다. 이 경우, 수신 장치로부터 송신 장치에 보내어지는 역 링크의 전반로를 이용한다. 예를 들면, 셀룰러 이동 통신 시스템에서는, 본 발명을 적용하는 송신 장치를 기지국, 수신 장치를 이동국으로 한 경우에, 이동국으로부터 기지국에의 전반로를 이용한다. 여기서, 기지국은, 송신 빔과 대략 동일한 지향성을 가진 수신 빔을 형성할 수 있는 것으로 가정한다. 실제로는, 기지국이 구비하는 송신기 및 수신기의 RF 전송 특성이나, 송신과 수신의 캐리어 주파수가 서로 다르기 때문에, 미리 장치 내부의 전송계의 캘리브레이션을 행해 둘 필요가 있다. 예를 들면, 캘리브레이션이 정확하게 행하여지고 있다고 가정하면, 기지국의 수신 빔간의 상관 계수 및 수신 빔마다의 통신 품질을 측정함으로써, 송신 빔간의 상관 계수 및 통신 품질을 추정하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 시각 t에서의, k번째의 빔의 수신 신호를 「r_k(t)」로 한다. 또한, L번째의 수신 빔의 수신 신호를 「r_l(t)」로 한다. 그렇게 하면, k번째의 송신 빔과 L번째의 송신 빔의 상관 계수의 추정값은, 하기의 수학식 19를 이용하여 계산할 수 있다.

또한, k번째의 송신 빔의 추정 수신 품질은, 하기의 수학식 20 또는 수학식 21을 이용하여 계산할 수 있다. 수학식 20은, 수신 전력에 의해 통신 품질을 나타내고 있고, 수학식 21은, 수신 SIR에 의해 통신 품질을 나타내고 있다. 또한, 「 <·>」은, 앙상블 평균을 의미하고 있다. 또한, 수학식 21의 분모의 제2항은, 「r_k(t)」의 단구간에서의 평균값이다.

또한, 수학식 19~수학식 21에서 이용하는 수신 신호 「r_k(t)」는, 예를 들면, 하기의 수학식 22로 표현된다. 또한, 수학식 22에서, 「M」은, 기지국(해당 송신 장치)의 수신 안테나의 개수이다. 「s」는, 이동기의 송신 파일럿 신호이다. 「wi」는, 기지국의 i번째의 수신 안테나의 웨이트이다. 「hi」는, 이동기의 송신 안테나(1개로 함)와 기지국의 i번째의 수신 안테나 사이의 채널 정보이다. 「ni」는, 각 안테나의 수신기에서 발생하는 열 잡음이다.

그리고, 송신 장치는, 송신 빔 및 수신 빔의 지향성이 서로 동일한 것으로 하여, 이동기로부터의 파일럿 신호를 이용하여 송신 빔간의 상관 계수 및 각 송신 빔의 품질을 추정한다. 송신 빔간의 상관 계수 및 빔마다의 품질에 기초하여 사용할 1 또는 복수의 송신 빔을 선택하는 방법은, 기본적으로, 전술한 바와 같다.

상관 계수가 낮은 빔이 복수개 존재하는지의 여부는, 송신 장치와 수신 장치 사이의 전반로에 의존하고 있다. 본 발명을 셀룰러 이동 통신에 적용하는 경우에는, 전반로의 조건으로부터, 기지국이 송신국으로서 적합하다. 왜냐하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 이동국에서의 전파의 도래 방향은, 일반적으로 전방위로 되는 경우가 많은 것에 대하여, 기지국에서는, 안테나 높이가 높기 때문에, 전파는 대략 일정한 방각으로부터 도래하기 때문이다. 일반적으로, 셀룰러 기지국에서의 전파의 각도 확산은, 5~10도라고 불리고 있다. 이러한 전반로의 성질로부터, 본 발명이 유효하게 되는 전반로의 상태로서는, 이하의 2개의 케이스가 생각된다. 1개는, 비교적 강한 전파의 반사(산란)체가, 기지국으로부터 보아 서로 떨어진 각도에 존재하고 있는 경우이다. 이러한 경우에는, 각각의 전파의 반사(산란)체의 방향을 향한 빔이 선택된다. 2개째의 케이스는, 기지국의 각도 확산이 빔의 폭에 대하여 충분히 넓은 경우이다. 이 경우, 빔마다 서로 다른 소파가 합성되고 수신되기 때문에, 빔간의 상관이 낮아져, 서로 이웃한 복수의 빔이 선택된다.

본 발명은, 송신 장치에 적용될 뿐만 아니라, 수신 장치에서의 MIMO 신호 분리에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 즉, 수학식 19~수학식 21에서 설명한 방법을 이용하여, 상관이 낮고 또한 통신 품질이 높은 복수의 수신 빔을 선택하고, 선택한 복수의 수신 빔의 신호를 이용하여 MIMO 신호 분리를 행할 수 있다. 이 경우, MIMO 신호 분리를 위한 알고리즘은, 전술한 ZF, MMSE, MLD 등 임의의 알고리즘을 사용할 수 있다. 단, MIMO 신호 분리에서 본 발명이 특히 유효하게 되는 것은, 어레이 안테나의 개수 N보다 처리할 수 있는 수신 브랜치의 수 K가 적은 경우(즉, N≥K)이다. 예를 들면, MIMO 신호 분리를 행하는 연산 회로가 최대 K 브랜치까지의 수신 신호를 처리할 수 있다고 가정한 경우에, 어레이 안테나의 개수 N이 브렌치수 K보다 큰 경우에는, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 높은 K개의 빔을 선택함으로써, MIM0 신호 분리를 가장 효율적으로 행할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 구체적인 실시 형태에 대하여 설명한다.

<실시예 1>

도 7은, 제1 실시예의 송신 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 송신 장치의 기본 구성은 도 4를 참조하면서 설명한 바와 같고, 입력 포트(11-1~11-M), 승산 회로(12-1~12-M), 가산 회로(13-1~13-4), 송신기(14-1~14-4), 및 안테나(15-1~15-4)를 구비한다. 즉, 이 송신 장치는, 4개의 안테나 소자를 이용하여 M개의 송신 빔을 형성할 수 있다. 또한, 안테나(15-1~15-4)는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 캐리어파의 파장의 절반 내지 캐리어파의 파장 정도의 간격으로 배치된다.

제어 채널 복호부(31)는, 수신 장치(예를 들면, 이동기)로부터의 역 링크의 제어 채널을 복호한다. 여기서, 이 제어 채널은, 나중에 상세하게 설명하지만, 사용할 송신 빔의 수를 지시하는 선택 빔수 정보, 및 사용할 송신 빔을 식별하는 빔 번호 정보를 포함하고 있다. 또한, 「사용할 송신 빔의 수」는, MIMO 다중수에 상당한다.

지시부(32)는, 「선택 빔수 K」를 시리얼/패러렐 변환부(33)에 통지하고, 「빔 번호」를 포트 할당부(34)에 통지한다.

시리얼/패러렐 변환부(33)는, 「선택 빔수 K」에 따라서 송신 데이터 S를 시리얼/패러렐 변환한다. 즉, 시리얼 형식의 송신 데이터로부터 K개의 송신 데이터 스트림 S₁~S_k를 생성한다. 또한, 「선택 빔수 K=1」일 때에는, 시리얼/패러렐 변환은 실행되지 않는다.

포트 할당부(34)는, 송신 데이터 스트림 S₁~S_k를 「포트 번호」에 의해 지시된 입력 포트(11-1~11-M)에 안내한다. 또한, 포트 할당부(34)는, MIMO 다중수 및 자신이 실제로 사용하고 있는 입력 포트를 식별하는 정보(즉, 포트 번호)를, 제어 채널을 이용하여 수신 장치에 통지하는 기능을 갖는다.

파일럿 신호 생성부(35)는, 서로 직교하는 파일럿 신호 P₁~P_M을 생성하고, 대응하는 입력 포트(11-1~11-M)에 부여한다. 즉, 파일럿 신호는, 모든 송신 빔 1~M에 다중화된다. 또한, 각 파일럿 신호 P₁~P_M의 심볼값 및 송신 전력은, 수신 장치에 의해 인식되고 있는 것으로 한다.

파일럿 신호를 전송하기 위한 파일럿 채널 P, 제어 데이터를 전송하기 위한 제어 채널 C, 및 데이터 스트림을 전송하기 위한 데이터 채널은, 예를 들면, 도 8에 도시하는 바와 같이, 시간 분할 다중화된다. 혹은, 이들 채널은, 다른 방식(예를 들면, 주파수 다중, 코드 다중 등) 다중화되어도 된다.

상기 구성의 송신 장치에서, 예를 들면, 「선택 빔수 K=2」 및 「포트 번호 =2, 3」이 통지된 것으로 한다. 이 경우, 시리얼/패러렐 변환부(33)는, 송신 데이터 스트림 S로부터 송신 데이터 스트림 S1, S2를 생성한다. 또한, 포트 할당부(34)는, 송신 데이터 스트림 S1을 입력 포트(11-2)에 안내하고, 송신 데이터 스트림 S2를 입력 포트(11-3)에 안내한다. 그렇게 하면, 송신 데이터 스트림 S1은, 승산 회로(12-2)에서 웨이트 세트2가 승산되므로, 송신 빔2에 의해 송신된다. 또한, 송신 데이터 스트림 S2는, 승산 회로(12-3)에서 웨이트 세트3이 승산되므로, 송신 빔3에 의해 송신된다. 또한, 파일럿 신호 P₁~P_M은, 각각, 대응하는 송신 빔1~M을 이용하여 송신된다.

도 9는, 제1 실시예의 수신 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 이 수신 장치는, 도 7에 도시하는 송신 장치로부터 송신된 신호를, 1개의 수신 안테나를 이용하여 수신하는 것으로 한다.

채널 추정부(41-1~41-M)는, 각각, 대응하는 송신 빔1~M에 다중화되어 있는 파일럿 신호 P₁~P_M을 복조하고, 채널 정보 h를 계산한다. 예를 들면, 채널 추정부(41-1)는, 송신 빔1에 다중화되어 있는 파일럿 신호 P₁을 복조하고, 채널 정보 h₁을 계산한다. 또한, 채널 추정부(41-M)는, 송신 빔M에 다중화되어 있는 파일럿 신호 P_M을 복조하고, 채널 정보 h_M을 계산한다. 또한, 채널 정보 h의 계산은, 수학식 11~수학식 15를 참조하면서 설명한 바와 같다.

상관·품질 계산부(42)는, 채널 추정부(41-1~41-M)에 의해 얻어진 채널 정보 h₁~h_M에 기초하여, 각 송신 빔의 조합에 대하여 상관 계수를 계산한다. 여기서, 임의의 2개의 송신 빔간의 상관 계수는, 전술한 수학식 16에 의해 계산된다. 또한, 상관·품질 계산부(42)는, 각 송신 빔에 대하여 수신 품질을 계산한다. 여기서, 송신 빔마다의 수신 품질은, 전술한 수학식 17 또는 수학식 18에 의해 계산된다.

빔 선택부(43)는, 상관·품질 계산부(42)에 의한 계산 결과에 기초하여, 송신 빔1~M 중에서 상관 계수가 미리 결정된 임계값보다도 낮은 복수의 송신 빔을 선택한다. 또한, 빔 선택부(43)는, 상관 계수가 임계값보다도 낮은 복수의 송신 빔 중에서, 수신 품질이 미리 결정된 임계값보다도 높은 송신 빔을 선택한다. 또한, 상관 계수가 임계값보다도 낮은 송신 빔이 존재하지 않을 때에는, 빔 선택부(43)는, 가장 양호한 수신 품질이 얻어지는 송신 빔을 선택한다.

제어 채널 생성부(44)는, 빔 선택부(43)에 의해 선택된 송신 빔의 수(선택 빔수 정보) 및 선택한 송신 빔의 빔 번호(빔 번호 정보)를, 역 링크의 제어 채널을 통하여 도 7에 도시하는 송신 장치에 통지한다. 이에 의해, 상관 계수가 임계값보다도 낮고 또한 수신 품질이 임계값보다도 높은 송신 빔이 선택되어 도 7에 도시하는 송신 장치에 통지된다. 단, 수신 품질을 모니터하지 않고, 상관 계수에만 기초하여 선택한 송신 빔을 통지하도록 해도 된다.

제어 채널 복호부(45)는, 제어 채널을 복호함으로써, 도 7에 도시하는 송신 장치에서의 송신 방법(MIMO 다중수, 빔 번호 등)을 검출한다. MIM0 신호 분리부(46)는, 제어 채널 복호부(45)에 의해 검출된 송신 방법에 따라서, 수신 신호에 대하여 MIMO 분리 처리를 실행한다. 또한, MIMO 신호 분리부(46)는, 빔 선택부(43)에 의해 얻어지는 정보에 따라서 MIMO 신호 분리 처리를 행해도 된다. 그리고, 데이터 복호부(47)는, MIMO 신호 분리부(46)에 의해 분리된 신호로부터 송신 데이터 스트림 S를 재생한다.

MIMO 신호 처리에 대하여 설명한다. 여기서는, MIMO 다중수가 「2」이고, 도 7에 도시하는 송신 장치로부터 송신 빔2, 3을 이용하여 데이터 스트림 S1, S2가 송신된 것으로 한다. 또한, 변조 방식은, QPSK인 것으로 한다. 그리고, 각 데이터 심볼은, (+1, +1)(-1, +1)(-1, -1)(+1, -1) 중 어느 1개의 신호점에 배치되어 송신되는 것으로 한다. 또한, MLD 알고리즘에 따라서 MIMO 신호 분리를 행하는 것으로 한다.

이 경우, 전술한 수학식 10에 따라, 수신 신호 X로부터 데이터 스트림 S1, S2를 추정한다. 이 때, 송신 빔1~M에 대응하는 M개의 채널 정보 h₁~h_M 중에서, 송신 빔2에 대응하는 채널 정보 h₂ 및 송신 빔3에 대응하는 채널 정보 h₃만이 사용된다. 구체적으로는, 하기의 유클리드 거리 D1~D16을 계산한다.

D1~D16 중에서 최소값을 구한다. 그렇게 하면, 그 최소값이 얻어지는 S2, S3의 조합이, 가장 확실한 송신 데이터 심볼로 추정된다. 예를 들면, D1~D16 중에서 D1이 최소이었던 것으로 하면, 송신 심볼의 추정값으로서 「S2=(+1, +1)」「S3=(+1, +1)」이 얻어진다.

또한, 도 9에 도시하는 예에서는, 수신 장치는, 1개의 수신 안테나에서만 신호를 수신하는 구성이지만, 복수의 수신 안테나를 구비하는 구성이어도 된다. 이 경우, 각 수신 안테나를 통하여 수신한 신호가, 제어 채널 복호부(45), MIMO 신호 분리부(46), 채널 추정부(41-1~41-M)에 분배된다. 복수의 수신 안테나를 이용하여, 각각의 안테나에서 구한 유클리드 거리를 합성하여 처리하면, 다이버시티 이득에 의해 수신 품질이 향상된다.

이와 같이, 제1 실시예에서는, 수신 장치에서 상관이 낮고 또한 수신 품질이 양호한 복수의 송신 빔이 선택되어 송신 장치에 통지된다. 그리고, 송신 장치는, 그 통지된 송신 빔을 이용하여 데이터 스트림을 송신한다. 이 때, 복수의 송신 빔이 선택되었을 때에는, MIMO 다중 전송이 행하여진다. 또한, 복수의 송신 빔이 선택되지 않았을 때에는, 가장 양호한 수신 품질이 얻어지는 1개의 송신 빔을 이용하여 데이터 송신이 행하여진다.

<실시예 2>

제2 실시예에서의 통신 시스템에서는, 수신 장치에서 측정된 빔간의 상관 계수 및 빔마다의 수신 품질 정보가, 역 링크를 이용하여 그대로 송신 장치에 피드백된다. 그리고, 송신 장치에서, 미리 설정된 임계값과 비교함으로써, 선택 빔수(MIMO 다중수) 및 빔 번호가 결정된다.

이 때문에, 제2 실시예의 송신 장치는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 각 송신 빔간의 상관 계수 및 송신 빔마다의 수신 품질에 기초하여, MIMO 다중수 및 빔 번호를 결정하는 빔 선택부(36)를 구비한다. 또한, 빔 선택부(36)의 기능은, 기본적으로, 도 9에 도시한 빔 선택부(43)와 동일하다. 또한, 제2 실시예의 수신 장치는, 도 11에 도시하는 바와 같이 빔 선택부(43)를 구비하지 않는다.

셀룰러 이동 통신에서는, 송신 장치가 기지국인 것이 상정되기 때문에, 상관 계수 및 통신 품질의 정보에 기초하는 MIMO 다중수의 결정을 기지국에서 행함으로써, 통신 시스템 전체의 전송 효율을 최적화하는 것이 가능하게 된다.

<실시예 3>

도 12는, 제3 실시예의 송신 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 제3 실시예의 송신 장치는, 송신 빔과 동일한 지향성의 수신 빔을 형성함으로써, 송신 빔 사이의 상관 계수 및 송신 빔마다의 품질을 추정한다. 또한, 안테나(15-1~15-4)로 구성되는 어레이 안테나는, 송신 및 수신을 위해 공용된다.

승산 회로(52-1~52-M)는, 각각, 대응하는 수신기(51-1~51-M)를 통하여 수신한 신호에 대하여 대응하는 웨이트 세트1~M을 승산한다. 여기서, 이 웨이트 세트1~M은, 송신 빔1~M과 동일한 지향성을 가진 수신 빔1~M이 형성되도록 미리 적절하게 캘리브레이션되어 있는 것으로 한다. 또한, 승산 회로(52-1~52-M)의 구성은, 기본적으로, 승산 회로(12-1~12-M)와 동일하다.

상관·품질 계산부(54)는, 출력 포트(53-1~53-M)를 통하여 수취하는 신호 r₁~r_M에 기초하여, 송신 빔간의 상관 및 각 송신 빔의 품질을 추정한다. 여기서, 신호분 r₁~r_M은, 전술한 수학식 22에 따라서 계산하도록 해도 된다. 그리고, 송신 빔간의 상관 계수의 추정값은, 수학식 19를 이용하여 계산된다. 또한, 각 송신 빔의 품질의 추정값은, 수학식 20 또는 수학식 21을 이용하여 계산된다.

빔 선택부(36)는, 도 10을 참조하면서 설명한 바와 같이, 선택 빔수(MIMO 다중수) 및 사용할 송신 빔을 선택한다. 그리고, 송신 장치는, 선택한 송신 빔을 이 용하여 데이터 스트림을 송신한다.

제3 실시예에서는, 송신 장치는, 송신 빔과 동일한 지향성을 가진 수신 빔을 이용함으로써 사용할 1 또는 복수의 송신 빔을 선택할 수 있다. 이 때, 수신 장치는, 송신 빔간의 상관 등을 측정할 필요는 없다.

<실시예 4>

도 13은, 제4 실시예의 수신 장치의 구성을 도시하는 도면이다. 제4 실시예에서는, 본 발명이 수신 장치에서의 MIM0 신호 분리에 적용되고 있다.

제4 실시예의 수신 장치는, 수신 어레이 안테나를 이용하여 멀티 빔(수신 빔1~M)을 형성한다. 수신 빔1~M은, 승산 회로(61-1~61-M)에서 수신 신호에 대하여 웨이트 세트1~M을 승산함으로써 실현된다. 이 결과, 수신 포트(62-1~62-M)는, 각각, 대응하는 수신 빔1~M을 이용하여 수신한 신호를 출력한다.

상관·품질 계산부(63)는, 수신 빔간의 상관 계수 및 수신 빔마다의 품질을 계산한다. 또한, 채널 정보 h는, 송신 장치로부터 송신되는 파일럿 신호를 이용하여 미리 구해져 있는 것으로 한다. 그리고, 수신 빔간의 상관 계수는, 전술한 수학식 16에 의해 계산된다. 또한, 수신 빔마다의 품질은, 수학식 17 또는 수학식 18에 의해 계산된다.

빔 선택부(64)는, 상관·품질 계산부(63)에 의해 얻어진 계산 결과를 각각 대응하는 임계값과 비교함으로써, 브랜치수 및 포트 번호를 구한다. 또한, 빔 선택부(64)의 동작은, 도 9에 도시한 빔 선택부(43)와 동일하다. 또 「브렌치수」는, 선택 빔수에 상당한다. 단, 「브렌치수」에는, MIM0 신호 분리를 행하는 연산 회로를 처리할 수 있는 브렌치수보다 작은 값이 선택된다.

포트 선택부(65)는, 출력 포트(62-1~62-M) 중에서 빔 선택부(64)가 지시하는 포트를 선택한다. 이에 의해, 상관이 낮고 또한 수신 품질이 양호한 수신 빔을 통하여 수신한 신호만이 MIMO 신호 분리부(66)에 보내진다. MIMO 신호 분리부(66)는, 빔 선택부(64)로부터 통지되는 브렌치수에 따라서, MIMO 신호 분리 처리를 행한다. 또한, MIM0 신호 분리 처리 자체는, 기존의 알고리즘(예를 들면, 전술한 ZF, MMSE, MLD 등)에 따른다.

이와 같이 제4 실시예에서는, 복수의 수신 빔 중에서, MIMO 신호 분리 회로가 서포트하는 브렌치수의 빔이 적절하게 선택되므로, 통신 품질을 최대한으로 향상시킬 수 있다.

제1~제4 실시예를 포함하는 본 발명에 따르면, 하기의 효과가 얻어진다.

(1) 어레이 안테나를 실장한 송신 장치에서, 안테나 개수나 송신기 등의 구성을 변경하지 않고, MIMO 다중 전송을 실현할 수 있다. 이 때문에, 어레이 안테나에 의한 전송 및 MIMO 다중 전송을 동일한 송신 장치 내에 공존시킬 수 있다.

(2) 송신 장치의 안테나수를 늘릴 필요가 없으므로, MIMO 다중 전송 및 어레이 안테나가 공존하는 시스템을 저코스트로 실현할 수 있다.

(3) 어레이 안테나를 이용하여 커버리지의 증대 및 단말기의 소비 전력의 저감을 도모하면서, 소정의 조건을 충족시키는 유저에 대해서는, MIMO 다중 전송에 의한 고속 레이트 전송을 제공할 수 있다.

(4) 전반로의 상태에 따라서, 어레이 안테나 송신 및 MIMO 다중 전송을 적응 적으로 절환하면서 데이터 송신이 행하여지므로, 시스템의 전송 효율이 향상된다.

(5) 본 발명을 수신 처리에 적용한 경우, 실장되어 있는 MIMO 신호 분리 회로가 처리할 수 있는 브랜치수의 범위 내에서, 적합한 수신 빔이 선택되므로, MIM0 신호 분리 회로를 변경하지 않고, 어레이 안테나의 개수에 따라서, 수신 특성을 최적화할 수 있다.

도 1은 일반적인 MIMO 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 어레이 안테나를 이용하여 송신 빔 포밍을 행하는 시스템을 도시하는 도면.

도 3은 특허 문헌 1에 기재된 시스템을 도시하는 도면.

도 4는 본 발명의 개념을 설명하는 도면.

도 5는 승산 회로의 실시예.

도 6은 지향성 빔을 형성하는 방법을 설명하는 도면.

도 7은 제1 실시예의 송신 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 8은 채널의 다중화의 일례를 도시하는 도면.

도 9는 제1 실시예의 수신 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 10은 제2 실시예의 송신 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 11은 제2 실시예의 수신 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 12는 제3 실시예의 송신 장치의 구성을 도시하는 도면.

도 13은 제4 실시예의 수신 장치의 구성을 도시하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 송신 장치

12: 승산 회로

13: 가산 회로

15: 안테나

Claims

복수의 안테나를 구비하는 기지국 장치로부터 이동기에 데이터를 송신하는 무선 통신 시스템으로서,

상기 기지국 장치는,

상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 송신 웨이트 세트를 승산하여 복수의 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성 수단

을 포함하고,

상기 이동기는,

상기 복수의 송신 빔을 이용하여 각각 송신된 신호를 수신하는 수신 수단과,

상기 수신한 신호를 이용하여 상기 복수의 송신 빔 중에서 미리 결정된 조건에 기초하여 상기 기지국 장치가 사용할 송신 빔을 선택하는 선택 수단

을 포함하고,

상기 기지국 장치는,

송신할 데이터 스트림으로부터, 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔의 송신 빔 수에 따라서 서로 다른 데이터 스트림을 생성하고, 그 생성한 서로 다른 데이터 스트림을 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔을 이용하여 송신하는 송신 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
제1항에 있어서,

상기 이동기는, 상기 기지국 장치에서 상기 송신 수단이 실제로 사용하고 있는 송신 빔을 나타내는 정보에 기초하여, 상기 기지국 장치로부터 송신된 데이터 스트림을 분리하는 분리 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 시스템.
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이동기와 통신을 행하는 기지국 장치로서,

복수의 안테나와,

상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 송신 웨이트 세트를 승산하여 복수의 송신 빔을 형성하는 송신 빔 형성 수단과,

상기 복수의 송신 빔 중에서, 미리 결정된 조건에 기초하여 상기 이동기에서 선택된 송신 빔이 2이상인 경우, 송신할 데이터 스트림으로부터, 상기 이동기에서 선택된 송신 빔의 송신 빔 수에 따라서 서로 다른 데이터 스트림을 생성하고, 그 생성한 서로 다른 데이터 스트림을 상기 이동기에서 선택된 송신 빔을 이용하여 송신하는 송신 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
제4항에 있어서,

상기 송신 수단은, 2이상의 송신 빔이 선택되지 않았을 때에는, 수신 품질이 가장 양호한 1개의 송신 빔을 이용하여 데이터를 송신하는 것을 특징으로 하는 기지국 장치.
복수의 안테나를 구비하는 기지국 장치로부터 송신되는 신호를 수신하는 이동기로서,

상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 송신 웨이트 세트를 승산하여 형성된 복수의 송신 빔을 이용하여 각각 송신된 신호를 수신하는 수신 수단과,

상기 수신한 신호를 이용하여 상기 복수의 송신 빔 중에서 미리 결정된 조건에 기초하여 상기 기지국 장치가 사용할 송신 빔을 선택하는 선택 수단과,

상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔을 상기 기지국 장치에 통지하는 통지 수단

을 포함하고,

상기 기지국 장치에 의해, 송신할 데이터 스트림으로부터, 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔의 송신 빔 수에 따라서 생성된 서로 다른 데이터 스트림이 각각 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔을 이용하여 송신된 경우, 상기 수신 수단은, 상기 선택된 송신 빔을 이용하여 송신된 상기 생성된 서로 다른 데이터 스트림을 수신하는 것을 특징으로 하는 이동기.
제6항에 있어서,

상기 선택 수단은 2이상의 송신 빔을 선택하는 것을 특징으로 하는 이동기.
서로 다른 복수의 데이터 스트림을 공간 다중하여 전송하는 무선 통신 시스템에서 사용되는 이동기로서,

복수의 안테나와,

상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 수신 웨이트 세트를 승산하여 복수의 수신 빔을 형성하는 수신 빔 형성 수단과,

상기 복수의 수신 빔 중에서 미리 결정된 조건에 기초하여 2이상의 수신 빔을 선택하는 선택 수단과,

상기 기지국 장치에 의해, 송신할 데이터 스트림으로부터, 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔의 송신 빔 수에 따라서 생성된 서로 다른 데이터 스트림이 각각 상기 선택 수단에 의해 선택된 송신 빔을 이용하여 송신된 경우, 상기 기지국 장치에 의해 송신된 송신 빔을 수신함으로써 얻어지는 수신 신호를 이용하여, 상기 생성된 서로 다른 데이터 스트림을 분리하는 분리 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동기.
복수의 안테나를 구비하는 기지국 장치로부터 이동기에 데이터를 송신하는 무선 통신 방법으로서,

상기 복수의 안테나에 대하여 복수 패턴의 송신 웨이트 세트를 승산하여 복수의 송신 빔을 형성하고,

상기 복수의 송신 빔을 이용하여 각각 송신된 신호를 이용하여 상기 복수의 송신 빔 중에서 미리 결정된 조건에 기초하여 상기 기지국 장치가 사용할 송신 빔을 선택하고,

송신할 데이터 스트림으로부터, 상기 선택된 송신 빔의 송신 빔 수에 따라서 서로 다른 데이터 스트림을 생성하고, 그 생성한 서로 다른 데이터 스트림을 상기 선택된 송신 빔을 이용하여 송신하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.