KR101033087B1

KR101033087B1 - Ｍｉｍｏ 채널 인터페이스를 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101033087B1
Application number: KR1020087022253A
Authority: KR
Inventors: 줄리언 니콜라스; 아밋 칼한
Original assignee: 쿄세라 코포레이션
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-26
Publication date: 2011-05-06
Also published as: EP1989788A2; WO2007100747A2; CN101395818B; US20070201536A1; US8331425B2; EP1989788B1; JP2012191632A; KR20080106428A; WO2007100747A3; CN103346823A; CN101395818A; JP2009528779A

Abstract

시스템, 방법 및 장치가 MIMO 통신 시스템과 단일-안테나 통신 장치 간의 인터페이스를 제공한다. 상기 장치는 MIMO(multiple input multiple output) 에어 인터페이스를 통해 기지국과 무선 신호를 교환하고, 상기 MIMO 에어 인터페이스의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스를 통해, 액세스 단말기와 무선 신호의 대응하는 세트를 교환하도록 구성되는 무선 통신 인터페이스(WCI) 장치를 포함한다. 다운링크 트랜스시버는, MIMO 에어-인터페이스를 통해, 기지국으로부터 수신된 다운링크 MIMO 신호에 대응하는 액세스 단말기에게 광대역 다운링크 신호를 송신하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 업링크 MIMO 신호를, 액세스 단말기로부터 수신된 업링크 광대역 신호에 대응하는 기지국으로 송신하도록 구성되는 추가적인 트랜스시버를 포함한다. 시스템은 기지국과 통신하고, 액세스 단말기와 대응하는 신호를 교환하는 다수의 WCI 장치를 포함한다.

Description

ＭＩＭＯ 채널 인터페이스를 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법{APPARATUS, SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING A MULTIPLE INPUT/MULTIPLE OUTPUT (MIMO) CHANNEL INTERFACE}

본 발명은 일반적으로 무선 통신 장치에 관한 것이며, 더 세부적으로는 MIMO 채널 인터페이스를 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 대한 것이다.

MIMO(multiple input/multiple output)이라고 알려진 최근 개발된 기술은, 고속 광대역 통신을 가능하게 하는 핵심 기술로서 떠오르고 있다. 이 기술은 대역폭 및 파워가 제한된 통신 채널용으로 특히 유용하다. 이는 단일 송신/수신 안테나 시스템에 비교되는 매우 큰 용량 이득(capacity gain)을 획득하기 위해 다중 송신/수신 안테나의 사용에 의존한다.

통신 채널이 충분히 풍부한 산란 특성(scattering characteristics)을 갖고, 송신단과 수신단 모두에서의 안테나가 충분한 간격을 두고 이격되어 있을 때, 대역폭 확장 없이 극도로 높은 공간 효율도가 얻어질 수 있다. MIMO 기법의 특징은 다수의 송신 및 수신 안테나를 이용하고, 송신 매체의 산란 특성을 이용함으로써, MIMO 프로세싱이 동일한 주파수 대역 내에서 다수의 병렬 통신 채널을 효과적으로 생성한다는 것이다. 연구와 실험에 따르면, MIMO 기법으로부터의 용량 이득은 여러 다른 수신 안테나에서의 채널 이득의 상관뿐 아니라, 이들 이득들을 정확하게 산출하는 능력에 크게 좌우된다. 통상적으로, 채널 이득들 간의 충분한 역상관(decorrelation)을 제공하기 위해, 수 파장 수준의 안테나 소자들 간의 이격 거리가 필요하다. 이는 특히, 다수의 수신 안테나 소자의 개수와 이격 간격을 제한하는 물리적인 크기를 갖는 핸드헬드형 장치 및 그 밖의 다른 장치의 경우에서, 문제가 된다.

따라서 단일-안테나 통신 장치가 포함된 MIMO 통신 시스템의 사용을 위해 제공되는 장치, 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다.

시스템, 방법 및 장치가 MIMO 통신 시스템과 단일-안테나 통신 장치 간의 인터페이스를 제공한다. 상기 장치는 MIMO(multiple input multiple output) 에어 인터페이스를 통해 기지국과 무선 신호를 교환하고, 상기 MIMO 에어 인터페이스의 대역폭보다 더 큰 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스를 통해, 액세스 단말기와 무선 신호의 대응하는 세트를 교환하도록 구성되는 무선 통신 인터페이스(WCI) 장치를 포함한다. 다운링크 트랜스시버는, MIMO 에어-인터페이스를 통해, 기지국으로부터 수신된 다운링크 MIMO 신호에 대응하는 액세스 단말기에게 광대역 다운링크 신호를 송신하도록 구성된다. 바람직한 실시예에서, 상기 장치는 업링크 MIMO 신호를, 액세스 단말기로부터 수신된 업링크 광대역 신호에 대응하는 기지국으로 송신하도록 구성되는 추가적인 트랜스시버를 포함한다. 시스템은 기지국과 통신하고, 액세스 단말기와 대응하는 신호를 교환하는 다수의 WCI 장치를 포함한다. 각각의 무선 통신 인터페이스 장치는 각각의 WCI 장치와 기지국 송신 안테나 간의 채널 특성을 측정하고, 채널 특성에 대응하는 채널 상태 정보를 기지국으로 전송하도록 구성된다. 채널 상태 정보를 바탕으로, MIMO 기지국은, WCI가 다운링크 신호들을 독립적으로 수신하고 처리하도록 할 수 있는 다운링크 MIMO 신호를 프리코딩한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는, 무선 통신 네트워크 시스템의 블록 다이어그램이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는, 무선 통신 인터페이스 장치의 블록 다이어그램이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는, 기지국의 블록 다이어그램이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 액세스 단말기의 블록 다이어그램이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는, 무선 통신 인터페이스 장치에서 수행되는 방법의 흐름도이다.

바람직한 실시예에서, 하나의 기지국의 통신 범위 내에서, 둘 이상의 WCI 장치가 지리적으로 분산되어 있다. 각각의 WCI 장치는 MIMO 에어 인터페이스(air interface)를 통해, 기지국과 무선 신호를 교환한다. 각각의 WCI 장치는, 액세스 노드 등의 기지국의 다수의 안테나로부터 송신된 무선 다운링크 MIMO 신호를, MIMO 주파수 대역폭을 통해 수신한다. WCI 장치는 다운링크 MIMO 신호를 복조하고 디코딩한다. 최종 신호는 코딩되고 변조되어, MIMO 주파수 대역폭보다 더 넓은 주파수 대역폭을 갖는 UWB(ultra wideband) 통신 채널 등의 광대역 에어 인터페이스를 통해, 송신된다. 액세스 단말기가 WCI 장치로부터 송신된 다운링크 광대역 신호를 수신하고 처리하여, 기지국에 의해 송신된 정보를 복구시킬 수 있다. WCI 장치는 액세스 단말기로부터 송신된 업링크 광대역 신호를 복조하고 디코딩하여, 대응하는 업링크 MIMO 신호를 기지국으로 송신한다.

도 1은 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따르는, 무선 통신 네트워크 시스템(100)의 블록다이어그램이다. 무선 통신 인터페이스 시스템(103)을 형성하는 무선 통신 인터페이스(WCI)의 장치(102)의 배열은 하나 이상의 기지국(BS)(104)과 하나 이상의 액세스 단말기(106)와 통신할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 기지국(104)은 정지 상태이지만, 일부 환경에서, 기지국(104)은 이동형 유닛일 수 있다. 액세스 단말기(106)는 셀방식 전화기, 무선 모뎀, PDA, 또는 고정형(또는 이동형) 통신 장치와 전자기 신호를 교환하는 그 밖의 다른 장치 등의 단일 안테나 장치일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 액세스 단말기(106)는 상기 액세스 단말기(106)의 기능을 촉진하고 수행하기 위한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어(도면상 도시되지 않음)를 포함한다. 예를 들어, 액세스 단말기(106)는 입력 및 출력 장치, 가령, 키패드, 디스플레이, 마이크로폰 및 스피커를 포함한다. 추후 더 상세히 설명될 바와 같이, 바람직한 실시예에서, BS(104)는 WCI 장치(102)와의 MIMO(multiple-input/multiple output) 통신을 지원하기 위한 안테나(108)의 배열을 포함한다. 각각의 WCI 장치(102)는 기지국(104)과의 신호 송신 및 수신을 위한 하나 이상의 안테나(109)와, 액세스 단말기(106)와의 신호 교환을 위한 하나 이상의 안테나(119)를 포함한다. 일부 경우에서, 하나의 단일 안테나가 사용될 수 있다. 덧붙이자면, MIMO 에어 인터페이스를 통한 통신을 촉진시키기 위한 다수의 안테나가 사용될 수 있다. 도 1이 2개의 액세스 단말기(106)로의 통신 서비스를 제공하는 2개의 WCI 장치(102)를 보여주고 있지만, 임의의 개수의 WCI 장치(102)가 임의의 개수의 액세스 단말기(106)로 서비스를 제공할 수 있다.

MIMO 에어-인터페이스(MIMO air-interface, 110)로서 도시되는 통신 채널이, BS(104)와 각각의 WCI 장치(102) 사이에서 다운링크 MIMO 신호(112) 및 업링크 MIMO 신호(113)가 교환되는 매체를 제공한다. 통신 채널은 빌딩, 자동차 및 통신 신호의 굴절을 야기하여, 통신 신호의 풍부한 산란을 야기하는 그 밖의 다른 물체를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 협대역(NB) 주파수 대역폭 등의 MIMO 주파수 대역폭 내에서, MIMO 신호(112, 113)가 MIMO 에어 인터페이스(110)를 통해 교환된다. 임의의 몇 가지 통신, 또는 변조 기법에 따라, MIMO 신호가 전송될 수 있다. MIMO 프로세싱은 차세대 cdma2000 시스템(가령, EV-DO Phase 2), 차세대 WCDMA 시스템(가령, WCDMA Long Term Evolution(LTE)) 등의 가장 최신 무선 시스템과, IEEE 802.11(802.11n으로 처음 소개), WiMAX(IEEE 802.11e의 이동성 강화(mobility enhancements)) 및 모바일 광대역 무선 액세스(IEEE 802.20)의 핵심적인 양태이다.

각각의 WCI 장치(102)에 의해 수신되는 다운링크 MIMO 신호(112)가 처리되고, 다운링크 광대역 신호(114)로서 광대역 에어 인터페이스(118)를 통과하여 액세 스 단말기(106)로 재송신된다. 광대역 에어 인터페이스(118)의 대역폭은 MIMO 주파수 대역폭보다 더 크다. 바람직한 실시예에서, 광대역 에어 인터페이스(118)는, UWB(ultra wideband)로서 특징지워지는 임의의 통신 체계를 따르는 인터페이스이다. 광대역 에어 인터페이스(118)에 대한 적합한 변조 및 액세스 기법의 예로는 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 체계와, 직접 시퀀스 기법, 가령, 코드 분할 다중 액세스(CDMA)가 있다. 바람직한 실시예에서, 광대역 에어 인터페이스(118)는, 단일 안테나 사용자 장치와 사용될 수 있는, 짧은 거리(short-range)의, 낮은 파워(low-power)의, 높은 데이터 율(high-data rate)의 통신을 위해 제공된다. 따라서 광대역 에어 인터페이스를 통한 통신은 MIMO 채널에 걸친 통신보다 더 낮은 스펙트럼 밀도를 갖는 것이 통상적이다.

광대역 에어 인터페이스의 서로 다른 채널을 이용하는 액세스 단말기(!06)에 의해 업링크 광대역 신호(115)는 송신된다. WCI 장치(102)는 업링크 광대역 신호(115)를 수신하고, 이에 대응하는 업링크 MIMO 신호(113)를 MIMO 에어 인터페이스를 통해 기지국(104)으로 송신한다.

따라서 하나 이상의 단일 안테나 액세스 단말기(106)와 MIMO BS(104) 간의 고속 광대역 통신을 가능하게 하는 다수의 WCI 장치(102)의 구현을 위한 바람직한 실시예가 제공된다. WCI 장치(102)의 시스템(103)이 액세스 단말기(106)의 인접부에 설치될 수 있는 곳에서 MIMO 기술을 효과적으로 이용하기 위한 액세스 단말기(106)와의 고속 광대역 통신을 위해, UWB 기술의 짧은 거리(short-range), 낮은 파워(low-power), 높은 데이터 율(high-data rate) 특징을 사용하는 것이 제공될 수 있다. 예를 들어, WCI 장치(102)의 시스템(103)이 사용자의 집 주변에 설치되어, WCI 장치(102)의 시스템을 통한 액세스 단말기(106)와 BS(104) 간의 고속 광대역 통신을 가능하게 한다. WCI 장치(102)의 시스템(103)을 설치하기 위한 그 밖의 다른 적합한 장소의 예로는 쇼핑 몰, 공항, 기차역, 버스, 자동차, 또는 사람 통행량이 많고, 사용자 장치가 WCI 장치(102)에 인접하게 위치하는 그 밖의 다른 장소가 있다. 따라서 NB MIMO와 UWB 통신의 세기를 조합함으로써, MIMO 기법을 이용하여 통신하는 단일 안테나 액세스 단말기(106)와 기지국(104) 간의 고속 광대역 통신을 위한 바람직한 실시예가 제공된다. MIMO 채널과 UWB 채널이 동일한 전체 데이터 율(또는 채널 용량)을 지원하기 때문에, 바람직한 시스템은 스펙트럼 대역폭과 공간을 절충하는 방법을 제공한다. 그러나 MIMO 채널은 다수의 종래의 단일-입력 단일 출력(single-input single-output) 채널을 공간적으로 멀티플렉싱하고, 따라서 매우 높은 스펙트럼 효율(bits/s/㎐)을 얻음으로써, 높은 데이터 율을 성취한다. UWB 채널은 매우 큰 스펙트럼 대역폭을 이용함으로써, 높은 데이터 율을 성취한다. WCI 장치는 통상적으로 고정되어 있거나, 예측되는 경로를 따르지만, 반면에 액세스 단말기는 그렇지 않을 수 있기 때문에, 상기 시스템은, 다중-안테나 시스템이 액세스 단말기의 일부분인 경우와 비교할 때, 수신기, 또는 송신기에서 요구되는 MIMO 채널 매개변수의 추정(estimation)이 단순화된다는 추가적인 장점을 갖는다. 또 다른 장점은, 액세스 단말기에 의해서가 아니라, BS와 WCI 장치에 의해, MIMO 채널 매개변수의 추정이 수행된다는 것이다. 따라서 다중-액세스 구성에서, 채널 추정 작업은 액세스 단말기 단위로 수행될 필요가 없다.

앞서 설명된 바와 같이, MIMO 기법은 장치 상에서, 몇 개의 파장의 거리만큼 이격된 다중 안테나를 필요로 한다. 대부분의 사용자 장치는 단일-안테나 장치이거나, 또는 다중-안테나 장치인 경우, 상기 안테나가 몇 개의 파장만큼 이격된다. 이러한 사용자 장치는 MIMO 통신 환경에서 동작하고 통신하지 않을 수 있다. 종래의 액세스 단말기는 종래의 MIMO 통신의 이점으로부터 수혜를 받지 않을 수 있다. 바람직한 실시예는 이러한 장점을 실현하기 위한 기법을 제공한다. 바람직한 통신 시스템은, 액세스 단말기(106)로 무선으로 연결된 분산 안테나(distributed antenna) 및 트랜스시버 네트워크(transceiver network)로서 검토될 수 있다. 각각의 WCI 장치(102)는 하나 이상의 안테나 및 트랜스시버를 포함하기 때문에, MIMO 환경을 완전히 이용하도록 분리된 안테나의 장점을 이용하여, MIMO 신호가 처리될 수 있다. 단일 안테나를 갖고 쉽게 처리될 수 있는 짧은 거리의, 낮은 파워의 에어 인터페이스를 이용하여, 정보가 액세스 단말기(106)로 발송된다.

바람직한 실시예에서, WCI 장치(102)가 독립적으로 동작한다. 종래의 MIMO 수신기에서의 처리는 다수의 안테나로부터 수신된 정보가 정보의 군집된 세트로서 처리될 것을 필요로 한다. 그러나 바람직한 실시예에서, 송신된 다운링크 MIMO 신호(112)가, WCI 장치(102)로부터 획득된 채널 특성을 바탕으로 기지국(104)에서 프리코딩된다. 송신을 프리코딩함으로써, 마치 WCI 장치(102)가 단일 유닛으로서 동작하는 것처럼, 각각의 상기 WCI 장치(102)는 유입되는 다운링크 MIMO 신호(112)를 독립적으로 처리하고, 정보를 액세스 단말기(106)로 발송한다. 기지국(104)에서의 프리코딩은 추후 더 상세히 논의된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는, WCI 장치(102)의 블록다이어그램이다. 도 2에서 도시되는 블록의 기능 및 동작은 임의의 개수의 장치, 또는 회로, 또는 소자로 구현될 수 있다. 기능 블록 중 둘 이상이 단일 장치로 일체 구성될 수 있으며, 임의의 단일 장치로 수행되는 것처럼 설명되는 기능은 몇 개의 장치에 걸쳐 구현될 수 있다. 예를 들자면, WCI 장치(102) 내의 프로세서 상에서 실행되는 소프트웨어가 디모듈레이터(208, 218)와 모듈레이터(210, 220)의 기능들 중 일부, 또는 전부를 수행할 수 있다.

WCI 장치(102)는 MIMO 및 광대역 신호를 수신하고 송신할 수 있는 하나 이상의 트랜스시버(204, 214)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, WCI 장치(102)는 다운링크 트랜스시버(204)와 업링크 트랜스시버(214)를 포함한다. 상기 다운링크 트랜스시버(204)는 MIMO 기지국(104)으로부터 MIMO 안테나(109)를 통해 다운링크 MIMO 신호(112)를 수신하여, 이에 대응하는 다운링크 광대역 신호(114)를, 그 밖의 다른 안테나(119)를 통해 액세스 단말기(106)로 송신한다. 업링크 트랜스시버(214)는 액세스 단말기(106)로부터 광대역 안테나(119)를 통해 업링크 광대역 신호(115)를 수신하고, 이에 대응하는 업링크 MIMO 신호(113)를 MIMO 안테나(109)를 통해 MIMO 기지국(104)으로 송신한다. 상기 안테나(109 및 119)는 연계된 듀플렉서(226, 228)를 통해 다운링크 트랜스시버(204) 및 업링크 트랜스시버(214)로 연결된다. 다운링크 트랜스시버(204)는 협대역 수신기(209)와 광대역 송신기(213)를 포함하고, 업링크 트랜스시버(214)는 광대역 수신기(219)와 협대역 송신기(223)를 포함한다. NB 수신기(209)의 다운컨버터(downconverter, 206)는 유입되는 다운링크 MIMO 신호를 기저 대역(baseband)으로 주파수 편이(frequency shift)한다. 송신된 데이터 심볼을 복구시키기 위해, NB 디모듈레이터(208)가 기저대역 신호를 복조한다. 데이터가 광대역 송신기(213)의 광대역 모듈레이터(210)로 발송되며, 여기서, 적정한 광대역 변조 기법에 따라서 변조된다. 업컨버터(upconverter, 212)가 상기 변조된 신호를, 액세스 단말기(106)로의 송신을 위한 RF 신호로 주파수 편이한다. 다운링크 광대역 신호가 듀플렉서(228) 및 광대역 안테나(119)를 통해 액세스 단말기(106)로 송신된다. 일부 경우에서, 광대역 송신기(213)의 기능은 PN 코드를 포함하는 기저대역 신호를, 가령, 직접 시퀀스 확산 스펙트럼 기법으로 확산시키는 것을 포함한다.

광대역 수신기(219)의 다운컨버터(216)가 액세스 단말기(106)로부터 송신되고 광대역 안테나(119)를 통과하는 업링크 광대역 신호(115)를 기저대역으로 주파수 편이한다. 광대역 디모듈레이터(218)가 데이터 심볼을 수신하기 위해 기저대역 신호를 복조한다. 데이터는 협대역 모듈레이터(220)에 의해 변조되고, 업컨버터(222)에 의해 RF 신호로 주파수 편이(frequency shift)하며, MIMO 안테나(109)를 통해 기지국(104)으로 송신된다. 일부 환경에서, 유입되는 업링크 광대역 신호를 역확산하기 위해, 광대역 수신기(219)가 PN 코드를 적용한다. RF 신호는, 예를 들어, 듀플렉서(226)와 MIMO 안테나(109)를 통해 기지국(104)으로 송신되는 협대역 대역폭을 갖는 업링크 MIMO 신호이다.

따라서 바람직한 실시예에서, 기지국(104)으로부터의 다운링크 MIMO 신호(112)가 각각의 WCI 장치(102)에 의해 수신되고, 다운링크 광대역 신호(114)로 변환되고, 액세스 단말기(106)로 추가로 전송된다. 또한, 액세스 단말기(106)로부 터 각각의 WCI 장치(102)에 의해 수신된 업링크 광대역 신호(115)가 업링크 MIMO 신호(113)로 변환되고, 기지국(104)으로 추가로 송신된다.

바람직한 실시예에서, 또한 상기 WCI 장치(102)는, 기지국(104)으로부터의 다운링크 MIMO 신호(112)를 모니터링하기 위해, NB 수신기(209)로 연결되는 채널 프로세서(224)를 포함한다. 채널 프로세서(224)는, WCI 장치(102)와 기지국(104)의 송신 안테나(108) 간의 채널 특성을 측정하도록 구성된다. 모니터링될 수 있는 매개변수의 예로는 신호 강도, 신호 위상, 다운링크 MIMO 신호(112)의 다수의 신호 버전 간의 딜레이가 있다. 채널 프로세서(224)는 채널 특성으로부터 채널 상태 정보(CSI: Channel State Information)를 판단하고, 상기 CSI를 업링크 트랜스시버(214)의 NB 모듈레이터(220)로 통신하고, 상기 CSI는 상기 업링크 트랜스시버(214)의 NB 모듈레이터(220)를 통과하여, 기지국(104)에 도달한다. 일부 경우에서, 상기 CSI는 원 데이터(raw data) 측정치를 포함할 수 있다. CSI를 기지국(104)송신함으로써, 기지국(104)이, 종래의 MIMO 수신기에 의해 통상적으로 수행되는 MIMO 프로세싱의 일부, 또는 전부를 수행할 수 있다. 상기 기지국(104)은 채널 특성을 보상하기 위해, 신호를 프리코딩하며, 이로 인해서 WCI 장치(102)가 그 밖의 다른 WCI 장치(102)로부터의 정보 없이 신호를 수신할 수 있게 된다. 따라서 각각의 WCI 장치(102)는 다른 WCI 장치(102)로부터 독립적으로 동작할 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 기지국(104)의 블록 다이어그램이다. 도 3에서 도시된 블록의 기능 및 동작은 임의의 개수의 장치, 또는 회로, 또는 수자로 구현될 수 있다. 기능 블록들 중 둘 이상이 하나의 단일 장치로 일체 구 성될 수 있으며, 임의의 단일 장치에서 수행되는 것처럼 설명되는 기능이 몇 개의 장치들에 걸쳐서 구현될 수 있다.

각각의 WCI 장치(102)와 연계되는 채널 특성을 기반으로 하는 프리코딩 체계에 따라서, 기지국(104)의 MIMO 프리코더(precoder, 304)가 데이터를 처리한다. 바람직한 실시예에서, MIMO 프리코더(304)에서의 프리코딩 전에, 레이트리스 인코더(rateless encoder, 318)에 의해 유출 데이터(outgoing data)가 처리된다. 상기 레이트리스 인코더(318)는 더 보안되는 방식으로 정보를 송신하기 위한 메커니즘을 제공한다. 일부 구현예에서 상기 레이트리스 인코더(318)가 사용되지 않을 수 있음을 나타내기 위해, 점선으로서 표시된다. 다수의 신뢰할 수 없는 채널이 송신기와 수시기 사이에 존재할 때 레이트리스 코딩(rateless coding)은 매우 효과적인 것처럼 여겨져 왔으며, 인터넷을 통한, 브로드캐스트 및 멀티캐스트 정보의 송신을 위해 제안되어 왔다. MIMO 통신은, MIMO 채널의 서로 다른 고유벡터(eigenvector)에 해당하는 다수의 병렬의, 독립적인 통신 채널을 제공하기 위한 방법으로서 검토될 수 있다. 레일리 페이딩(Rayleigh fading) 환경에서, 복소, 영-평균(zero-mean), 가우시안, 독립 확률 변수의 행렬에 의해 MIMO 채널이 기술될 수 있으며, 따라서 각각의 고유모드가 페이딩을 겪는다. 거의 오버헤드 없는 높은 신뢰성을 성취하기 위해, 레이트리스 코딩은 본질적으로 송신기와 수신기 사이의 다중 경로의 존재를 이용하기 때문에, 상기 레이트리스 코딩이 MIMO 통신에 이상적으로 적합하다.

다중 신호는 다중 채널을 통해 다중 WCI 장치(102)로 송신되기 때문에, MIMO 프리코더의 연산은 행렬 연산이다. 프리코딩은 송신기 측의 등화(equalization) 기 법이며, 이는 더 잘 알려진 수신기 측의 결정 피드백 등화 기법(decision feedback equalization technique)의 대응 기법이다. 결정 피드백 등화와 유사하게, 상기 송신기 측의 등화는 2개의 부분, 피드포워드 부분과 피드백 부분으로 구성된다. 다양한 기준에 따라서 상기 피드포워드 부분과 피드백 부분은 설계될 수 있다. 예를 들어, 피드포워드, 피드백 및 채널 프로세싱의 전체 효과에 의해, MIMO 채널이 M개의 독립적인, 단위-이득 채널(unit-gain channel)의 세트로서 나타날 수 있도록(이때, M은 수신 장치의 개수), 피드포워드 및 피드백 부분이 선택되어질 수 있다. 이 경우에서, MIMO 채널 행렬의 결과와 피드포워드 프로세싱의 조합이 하삼각행렬(lower triangular matrix)이도록, 피드포워드 부분이 설계된다. 이로 인해서, 결정 피드백 등화의 경우에서, 피드백 부분이 나머지 간섭을 연속적으로 상쇄시키는 것, 또는 송신 측의 프리코딩의 경우에서, 서로 다른 송신 안테나에 대한 서로 다른 신호들을 연속적으로 선-등화(pre-equalize)하는 것이 가능해진다. 피드포워드 부분과 피드백 부분의 또 다른 선택을 도출하는 또 다른 기준은, MIMO 채널의 전체 효과와 수신기 노이즈를 최소화하는 것이다. 프리코딩이 모듈로 장치(modulo device)를 포함할 때, 이는 해당업계에서 Tomlinson-Harashima 프리코딩이라고 일컬어진다. 이 모듈로 장치의 목적은 송신된 신호의 나머지 속성에는 영향을 미치지 않고, 가령, MIMO 채널에 의해 변형될 때, 출력은 M개의 독립적인, 단위-이득 통신 채널로서 나타난다는 사실에는 영향을 미치지 않고, 총 송신 파워를 감소시키는 것이다. 도 3의 바람직한 실시예에서, 송신될 데이터는 합산기(summer, 316)를 통해 피드백 행렬 유닛(feedback matrix unit, 308)의 출력과 조합되어, 모듈로 장치(306)로 발송 된다. 모듈로 장치(306)의 출력은 피드백 행렬 유닛(310)과 피드백 행렬 유닛(308)으로 발송된다. 행렬 장치(308, 310)는 벡터 모듈로 장치(306) 및 벡터 합산기(316)와 함께 Tomlinson-Harashima 프리코딩을 구현하고, 각각의 WCI 유닛에서의 독립적인 수신기-측 복조 및 디코딩을 가능하게 하는 적정한 프로세싱을 제공한다. 다운컨버터(320)와 디모듈레이터(322)에서의 유입 신호를 다운-컨버팅(down-converting)하고 복조(demodulation)함으로써, 채널 상태 정보가 수신된다. WCI 장치(102)로부터 수신된 채널 상태 정보를 바탕으로 하여, 채널 상태 정보 프로세서(317)는 행렬 유닛(308, 310)의 적정한 매개변수를 결정한다. CSI 프로세서(317)가 행렬 유닛(308, 310)에게, 각각의 행렬 유닛의 값들을 변경시키기에 적정한 값을 제공하여, 피드포워드 행렬 유닛(310)으로부터의 출력 신호가 적정하게 변형될 수 있고, 채널 상태에 대하여, 각각의 WCI 장치(102)를 보상할 수 있다. 따라서 각각의 WCI 장치(102)가 기지국(104)으로부터 프리코딩된 데이터를 수신하며, 이로 인해서, 각각의 WCI 장치(102)는 기지국(104)과 액세스 단말기(104) 간에서 신호를 독립적으로 교환할 수 있다. 프리코딩된 신호는 트랜스시버(302)에 의한 적정한 안테나(108)를 통한 송신 전에 업컨버터(314)에 의해 주파수 편이된다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 액세스 단말기(106)의 블록 다이어그램이다. 광대역 신호가 안테나(401)를 통해 송신되고 수신된다. 트랜스시버(400)는 안테나(401)로 연결되는 듀플렉서(402)와, 광대역 수신기(404)와, NB 수신기(406)와, NB 송신기(412)와, 광대역 송신기(414)를 포함한다. 일부 경우에서, 바람직한 실시예의 액세스 단말기(106)가 레이트리스 디코더(408)와 레이트리스 인 코더(410)(도면상 점선 블록으로 표시됨)를 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 광대역 수신기(404)를 통한 액세스 단말기(106)는 다수의 WCI 장치(102)로부터, 다수의 다운링크 MIMO 신호(112)에 해당하는 다수의 다운링크 광대역 신호(114)를 수신한다. 광대역 수신기(404)는 수신된 다운링크 광대역 신호(114)를 분리하고, 대응하는 기저대역(BB) 신호(405)를 생성하도록 구성된다. 몇 개의 WCI 장치(102)가 액세스 단말기(106)와 동시에 통신할 수 있기 때문에, 주파수-호핑(frequency-hopping), 또는 PN 코드(Pseudo Noise code)를 이용하는 확산(spreading) 등의 기법을 이용하여, 서로 다른 수신된 다운링크 광대역 신호(114)가 서로 구별될 수 있다. NB 수신기(406)가 기저대역 신호를 수신하고, 기저대역 신호를 처리하여 정보를 복구하기 위한 광대역 수신기(404)로 연결된다. NB 수신기(406)는 수신된 BB 신호를 처리(processing)하고 멀티플렉싱하여, 액세스 단말기(106)에 의해 디코딩될 수 있는 높은 데이터 율의 신호(407)로 최종 신호를 제공할 수 있는 NB 프로세서와 멀티플렉서(도면상 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 바람직한 실시예의 액세스 단말기(106)는 기지국(104)이 레이트리스 인코딩된 다운링크 MIMO 신호(112)를 송신하는 경우 레이트리스 디코더(408)를 포함할 수 있다. 이러한 상황에서, 높은 데이터 율의 신호(407)는 레이트리스 디코더(408)에 의해 디코딩될 수 있다.

WCI 장치(102)와의 업링크 통신에 있어서, 액세스 단말기(106)의 트랜스시버(400)는 업링크 신호를 인코딩하기 위해 레이트리스 인코더(410)를 이용할 수 있다. NB 송신기(412)가 NB 신호에 대응하는 다수의 업링크 통신 신호를 발생한다. NB 송신기(412)로 연결되는 광대역 송신기(414)는 NB 송신기(412)로부터 수신된 업링크 통신 신호에 대응하는 서로 다른 업링크 광대역 신호(115)를 송신하도록 구성된다. 액세스 단말기(106)는 서로 다른 업링크 광대역 신호(115)를 각각의 WCI 장치(102)로 동시에 송신하도록 더 구성된다. 서로 다른 업링크 광대역 신호(115)를 WCI 장치(102)로 송신하기 위해, 주파수 분할 다중 액세스(FDMA: frequency division multiple access), 직교 주파수 분할 다중 액세스(OFDMA) 및 직교 확산 포맷 등의 기법이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 액세스 단말기(106)는, 상기 액세스 단말기(106)의 기능을 촉진시키고 수행하기 위해 도 4에서 도시되지 않는 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어를 포함한다. 예를 들어, 액세스 단말기(106)는 사용자 인터페이스 장치, 예를 들어, 디스플레이, 마이크로폰, 스피커 및 키보드를 포함할 수 있다.

따라서 MIMO 기지국(104)에 의해 처음 송신된 정보는 WCI 장치(102)에 의해 수신되고, 광대역 주파수 스펙트럼의 다수의 채널을 통해 액세스 단말기(106)로 송신된다. 상기 광대역 신호(114)는 복조되어, 원본 MIMO 신호를 복구할 수 있으며, 이때, 상기 원본 MIMO 신호는 협대역 수신기(406)에 의해 디코딩되고 멀티플렉싱되어, 높은 데이터 율의 신호(407)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 광대역 에어 인터페이스(118)가 CDMA 에어 인터페이스인 경우, WCI 장치(102)는 수신된 협대역 MIMO 신호를 확산 스펙트럼, 낮은 파워, 낮은 스펙트럼 밀도 신호로서 CDMA 채널을 통해 송신한다. 그 밖의 다른 WCI 장치(102)가 그 밖의 다른 CDMA 채널 상에서 그들의 수신된 MIMO 신호를 송신한다. 액세스 단말기(106)는 CDMA 수신기를 이용하는 다중 CDMA 채널을 수신하고, 협대역 수신기(406)는 원본 MIMO 높은 데이터 율 신호를 수신하기 위해 최종 협대역 신호를 처리한다.

도 1의 바람직한 실시예에서, 다중 액세스 단말기(106)가 WCI 장치(102)의 세트를 공유한다. 각각의 사용자로의 가장 높은 피크 산출량을 얻기 위해, 모든 액세스 단말기가 모든 WCI 장치와 통신할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나 액세스 단말기 중 일부는 WCI 장치의 서브셋과만 통신할 수 있기 때문에, 이것이 항상 가능한 것은 아니다. 이 경우, 시그널링(signaling)을 통해, 그 시점에서, 그리고 그 주파수에서, MIMO 프로세싱을 액세스 단말기의 세트로 적응시키도록 BS는 지시받을 수 있다. 예를 들어, 기지국(104)은 WCI 장치의 서브셋에 대한 신호를 코딩하도록 선택하거나, WCI 장치의 나머지 세트를 이용하여, 그 밖의 다른 액세스 단말기와 통신하도록 선택할 수 있다.

MIMO 기법 및 광대역 통신, 가령 UWB의 장점을 이용하는 것에 추가로, 바람직한 시스템은 그 밖의 다른 동작상 이점을 제공한다. 임의의 액세스 단말기(106)에 의해 신호가 수신될 때, 상기 액세스 단말기(106)는 서브셋을 디코딩하거나, 모든 신호를 디코딩할 수 있고, 최초 데이터 스트림을 디코딩하여, BS(104)로부터의 ARQ(Automatic request) 등의 추가적인 재전송 없이 딜레이에 대한 채널 용량을 상충시킬 수 있다. 예를 들어, WCI 장치(102) 중 하나 이상이 액세스 단말기(106)와 관련하여 형편없는 채널 상태를 겪을 때, 프리코딩 상황은 발생할 수 있다.

도 5는 바람직한 실시예에 따라 WCI 장치에서 수행되는 방법의 흐름도이다. 하드웨어, 소프트웨어 및/또는 펌웨어의 임의의 조합을 이용하여, 상기 방법은 실 행될 수 있다.

단계(502)에서, 기지국(104)으로부터의 다운링크 MIMO 신호(112)가, MIMO 대역폭을 갖는 MIMO 에어 인터페이스(110)를 통해, WCI 장치(102)에 의해 수신된다. 바람직한 실시예에서, 다운링크 트랜스시버(204)의 협대역 수신기(209)가, 기지국(104)으로부터 송신된 협대역 신호를 다운컨버트하고, 디모듈레이트한다. WCI 장치(102)는 다운링크 MIMO 신호(112)를 수신하기 위한 단일 안테나를 포함하기 때문에, 상기 협대역 수신기(209)가 종래의 MIMO 수신기에 의해 통상적으로 수행되는 기능 중 일부분을 수행한다.

단계(504)에서, 다운링크 MIMO 신호(112)에 대응하는 다운링크 광대역 신호(114)가, MIMO 대역폭보다 더 큰 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스(118)를 통해 액세스 단말기(106)로 송신된다. 바람직한 실시예에서, 협대역 수신기(209)에 의해 복구된 기저대역 신호가, 다운링크 트랜스시버(204)의 광대역 송신기(213)에 의해, 모듈레이트되고, 언컨버트된다. 최종 다운링크 광대역 신호(114)가 광대역 에어 인터페이스(118)를 통해 액세스 단말기(106)로 송신된다.

단계(506)에서, 업링크 광대역 신호(115)가 액세스 단말기(106)로부터 광대역 에어 인터페이스(118)를 통해 수신된다. 바람직한 실시예에서, 업링크 트랜스시버(214)의 광대역 수신기(219)가 액세스 단말기(106)로부터 송신된 업링크 광대역 신호(115)를 다운컨버트하고 디모듈레이트한다. 상기 업링크 광대역 신호(115)가 다중 채널을 걸쳐, 광대역 에어 인터페이스(118)를 통해 송신된다. 협대역 신호를 수신하기 위해, WCI 장치(102)의 광대역 수신기(219)에 의해 디모듈레이트되는 서 로 다른 직접 시퀀스 채널 상에서 복수개의 협대역 신호가 송신되는 CDMA 기법에 따라서, 액세스 단말기(106)에 의해 상기 광대역 신호(115)가 송신될 수 있다.

단계(508)에서, 업링크 광대역 신호(115)에 대응하는 업링크 MIMO 신호(113)가 MIMO 에어 인터페이스(110)를 통해 기지국(104)으로 송신된다. 바람직한 실시예에서, 광대역 수신기(219)에 의해 복구되는 협대역 기저대역 신호가 협대역 송신기(223)에 의해 모듈레이트되고 업컨버트된다. 최종 신호가 MIMO 에어 인터페이스(110)를 통해, 기지국(104)으로 송신된다. 다수의 WCI 장치가 서로 다른 지리적 위치로부터 협대역 신호를 송신하기 때문에, 기지국 안테나(108)에서 수신되는 신호들의 최종 조합이 MIMO 송신에 따르며, 이는 MIMO 기지국(104)이 서로 다른 광대역 신호로 분리되었던 원래 송신된 높은 데이터 율의 신호를 복구할 수 있게 해준다.

본 발명의 그 밖의 다른 실시예 및 수정예가 당해업계 종사자에게 자명할 것이다. 앞의 기재는 예시를 위한 것이지, 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명은 이러한 모든 실시예 및 수정예를 포함하는 다음의 청구범위에 의해서만 제한될 것이다.

Claims

삭제
무선 통신 네트워크 시스템에 있어서, 상기 시스템은 무선 통신 인터페이스 장치(102)를 포함하며, 상기 무선 통신 인터페이스 장치는

MIMO(Multiple Input/Multiple Output) 에어 인터페이스(air interface)를 통해 기지국으로부터의 다운링크 MIMO 신호를 수신하도록 구성된 협대역 수신기(narrowband receiver)와,

MIMO 에어 인터페이스의 MIMO 대역폭보다 큰 초-광대역(UWB: ultra-wideband) 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스를 통해, 상기 다운링크 MIMO 신호에 대응하는 다운링크 광대역 신호를 액세스 단말기로 송신하도록 구성된 광대역 송신기(wideband transmitter)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스 장치는

광대역 에어 인터페이스를 통해, 액세스 단말기로부터의 업링크 광대역 신호(wideband signal)를 수신하기 위한 광대역 수신기(wideband receiver)와,

MIMO 에어 인터페이스를 통해, 업링크 광대역 신호에 대응하는 업링크 MIMO 신호를 기지국으로 송신하기 위한 협대역 송신기(narrowband transmitter)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스 장치는, 상기 무선 통신 인터페이스 장치와 하나 이상의 기지국 송신 안테나 간의 채널 특성에 대응하는 채널 상태 정보(channel state information)를 기지국으로 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 무선 통신 인터페이스 장치는, 기지국으로 송신된 상기 채널 상태 정보에 응답하여, 기지국으로부터 수신된 프리코딩(precoding)된 데이터를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템.
무선 통신 인터페이스 시스템에 있어서, 상기 시스템은

다수의 무선 통신 인터페이스 장치

를 포함하며, 이때, 상기 다수의 무선 통신 인터페이스 장치는

MIMO 대역폭을 갖는 MIMO 에어 인터페이스를 통해 다운링크 MIMO 신호를 수신하고, 상기 MIMO 대역폭보다 더 큰 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스(wideband air interface)를 통해, 다운링크 MIMO 신호에 대응하는 다운링크 광대역 신호를 송신하도록 구성되는 다운링크 트랜스시버(downlink transceiver)와,

광대역 에어 인터페이스 대역을 통해, 업링크 광대역 신호(uplink wideband signal)를 수신하고, MIMO 에어 인터페이스를 통해 상기 업링크 광대역 신호에 대응하는 업링크 MIMO 신호를 송신하도록 구성된 업링크 트랜스시버(uplink transceiver)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 MIMO 대역폭은 협대역(NB: narrow-band)이며, 상기 광대역 에어 인터페이스의 광대역 대역폭은 초-광대역(UWB: ultra-wideband)임을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 시스템.
제 7 항에 있어서, 각각의 다수의 무선 통신 인터페이스 장치는 서로에 대하여 독립적으로 동작하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 시스템.
제 6 항에 있어서, 각각의 다수의 무선 통신 인터페이스 장치는, 각각의 장치와 하나 이상의 기지국 송신 안테나 간의 채널 특성에 대응하는 채널 상태 정보를 기지국으로 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 시스템.
제 9 항에 있어서, 각각의 다수의 무선 통신 인터페이스 장치는, 기지국으로 송신된 채널 상태 정보에 응답하여, 기지국으로부터 수신된 프리코딩(precoding)된 데이터를 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 인터페이스 시스템.
MIMO 에어 인터페이스를 통해 신호를 송신하고 수신하도록 구성된 기지국에 있어서, 상기 기지국은 MIMO 프리-코더(MIMO pre-coder)를 포함하며, 상기 MIMO 프리-코더는,

채널 상태 정보에 응답하는 피드백 행렬 유닛(feedback matrix unit)으로 연결되는 모듈로 장치(modulo device)로서, 출력을 제공하는 상기 모듈로 장치(modulo device)와,

MIMO 에어 인터페이스를 통한 송신을 위해 프리코딩(precoding)된 데이터를 제공하기 위해, 상기 모듈로 장치의 출력 및 채널 상태 정보에 응답하는 피드포워드 행렬 유닛(feedforward matrix unit)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 에어 인터페이스를 통해 신호를 송신하고 수신하도록 구성된 기지국.
제 11 항에 있어서,

프리코딩된 데이터를 인코딩하기 위해 상기 MIMO 프리-코더로 연결되는 레이트리스 인코더(rateless encoder)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO 에어 인터페이스를 통해 신호를 송신하고 수신하도록 구성된 기지국.
제 11 항에 있어서, 상기 기지국은 협대역 대역폭으로 신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 MIMO 에어 인터페이스를 통해 신호를 송신하고 수신하도록 구성된 기지국.
삭제
트랜스시버(transciever)를 포함하는 액세스 단말기에 있어서, 상기 트랜스시버는,

기지국으로부터 송신된 다수의 다운링크 MIMO(Multiple Input/Multiple Output) 신호에 대응하는 다수의 다운링크 광대역 신호를, 다수의 무선 통신 인터페이스 장치로부터 수신하고, 수신된 다운링크 광대역 신호에 대응하는 기저대역 신호를 생성하도록 구성된 광대역 수신기(wideband receiver)와,

상기 광대역 수신기에 연결되어 있으며, 기지국에 의해 송신된 데이터를 복구하기 위해 상기 기저대역 신호를 처리하도록 구성되는 협대역 수신기(narrowband receiver)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 단말기.
제 15 항에 있어서, 상기 액세스 단말기의 트랜스시버는

기지국에서 수신된 업링크 MIMO 신호에 대응하는 다수의 업링크 통신 신호를 생성하기 위한 협대역 송신기(narrowband transmitter)와,

상기 협대역 송신기에 연결되어 있으며, 상기 업링크 통신 신호에 대응하는 업링크 광대역 신호를 송신하도록 구성된 광대역 송신기(wideband transmitter)

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액세스 단말기.
제 16 항에 있어서, 상기 업링크 광대역 신호는 동시에 송신되는 것을 특징으로 하는 액세스 단말기.
제 17 항에 있어서, 상기 액세스 단말기는 FDMA, OFDMA 및 직교 확산 포맷(orthogonal spreading format) 중 임의의 하나로 업링크 광대역 신호를 송신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 액세스 단말기.
무선 통신 네트워크 시스템에서 수행되는 방법에 있어서, 상기 방법은,

무선 통신 인터페이스 장치가, MIMO(Multiple Input/Multiple Output) 대역폭을 갖는 MIMO 에어 인터페이스를 통해, 기지국으로부터의 다운링크 MIMO 신호를 수신하는 단계와,

상기 무선 통신 인터페이스 장치가, MIMO 대역폭보다 큰 대역폭을 갖는 광대역 에어 인터페이스를 통해, 다운링크 MIMO 신호에 대응하는 다운링크 광대역 신호를 액세스 단말기로 송신하는 단계와,

상기 무선 통신 인터페이스 장치가, 상기 액세스 단말기로부터 광대역 에어 인터페이스를 통해 업링크 광대역 신호를 수신하는 단계와,

상기 무선 통신 인터페이스 장치가, MIMO 에어 인터페이스를 통해, 상기 업링크 광대역 신호에 대응하는 업링크 MIMO 신호를 기지국으로 송신하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템에서 수행되는 방법.
제 19 항에 있어서,

무선 통신 인터페이스 장치와 기지국 송신 안테나 간의 채널 특성을 바탕으로 하여 채널 상태 정보를 판단하는 단계와,

채널 상태 정보를 기지국으로 송신하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 네트워크 시스템에서 수행되는 방법.