KR101060412B1

KR101060412B1 - Ｔｄｄｍｉｍｏ 시스템들을 위한 채널 추정 및 공간 처리 방법

Info

Publication number: KR101060412B1
Application number: KR1020057007178A
Authority: KR
Inventors: 존. 더블유. 케첨; 마크 왈라스; 제이. 로드니 왈톤; 스티븐 제이. 하워드
Original assignee: 콸콤 인코포레이티드
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2003-10-24
Publication date: 2011-08-29
Also published as: AU2003287328A1; WO2004038952A3; TW200419970A; WO2004038952A2; EP1559209A2; CA2753327A1; AU2009203088A1; US20070086536A1; CA2502804C; MXPA05004318A; AU2003287328B2; US20040087324A1; CA2502804A1; US7653142B2; EP1559209B1; JP2012016037A; JP2006504341A; CA2753327C; ES2407839T3; CA2753403C

Abstract

본 발명은 TTD MIMO 시스템을 위한 채널 추정 및 공간 처리 기술에 관한 것이다. 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 송신/수신 체인들의 응답들에서의 차이들을 보상하도록 캘리브레이션이 수행될 수 있다. 정상 동작 동안, MIMO 파일롯이 제1링크를 통해 송신되어 제1링크의 채널 응답 추정을 도출하는데 사용되며, 상기 채널 응답 추정은 분해되어 특이치들의 대각 행렬 및 제1링크의 좌측 고유벡터들과 제2링크의 우측 고유벡터들 모두를 포함하는 제1단위 행렬을 얻는다. 스티어링 레퍼런스는 제1단위 행렬의 고유벡터들을 사용하여 제2링크를 통해 송신되고, 상기 대각 행렬 및 제2링크의 좌측 고유벡터들과 제1링크의 우측 고유벡터들 모두를 포함하는 제2단위 행렬을 얻도록 처리된다. 각각의 단위 행렬은 양 링크들 모두를 통한 데이터 송수신을 위한 공간 처리를 수행하는데 사용될 수 있다.

Description

ＴＤＤＭＩＭＯ 시스템들을 위한 채널 추정 및 공간 처리 방법{CHANNEL ESTIMATION AND SPATIAL PROCESSING FOR TDD MIMO SYSTEMS}

본 발명은 전체적으로 데이터 통신에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 시분할 이중(TDD: Time Division Duplexed) 다중입력 다중출력(MIMO : Multiple-Input Multiple-Output) 통신 시스템에서 채널 추정 및 공간 처리를 위한 기술에 관한 것이다.

본 발명은 출원 번호가 60/421,428이고, 발명의 명칭이 "Channel Estimation and Spatial Processing for TDD MIMO Systems"인 미국 가출원 및 출원 번호가 60/421,462이고, 발명의 명칭이 "Channel Calibration for a Time Division Duplexed Communication System"인 미국 가출원 및, 출원 번호가 60/421,309이고, 발명의 명칭이 "MIMO WLAN System"인 미국 가출원의 이익을 주장하고, 상기 미국 가출원들은 모두 2005년 10월 25일에 출원되었고, 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 본 명세서에 참조로써 포함된다. MIMO 시스템은 데이터 송신을 위해 다중 (N_T) 송신 안테나 및 다중 (N_R) 수신 안테나를 이용한다. (N_T) 송신 안테나 및 (N_R) 수신 안테나로 형성된 MIMO 채널은 N_S개의 독립 채널들로 분리되며, 여기서 N_S ≤min{N_T, N_R}의 관계를 갖는다. 각 N_S개의 독립 채널들은 또한 MIMO 채널의 공간 서브채널이나 고유모드(eigenmode)가 되며, 각 차원에 대응된다. MIMO 시스템은, 다중 송신 및 수신 안테나가 생성하는 부가 차원성을 이용할 때, 높은 성능(예를들면 증가된 송신 용량)을 갖는다.

MIMO 채널의 N_S개의 고유모드들 중 하나 이상의 고유모드들을 통해 데이터를 송신하기 위해, 수신기에서 그리고 통상적으로 또한 송신기에서 공간 처리를 행할 필요가 있다. N_T개의 송신 안테나로부터 송신된 데이터 스트림들은 수신 안테나에서 서로 간섭한다. 공간 처리는 수신기에서 데이터 스트림들을 분리하여 이들(데이터 스트림들)이 개별적으로 복원될 수 있도록 하고 있다.

공간 처리를 행하기 위해서는 송신기와 수신기 간의 정확한 채널 응답 추정이 통상적으로 필요하다. TDD 시스템을 위해서 액세스 포인트와 사용자 단말기 간의 하향링크(즉, 순방향 링크)와 상향링크(즉, 역방향 링크) 모두가 동일한 주파수 대역을 공유한다. 이 경우, 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 전송 체인 및 수신 체인에서의 차이를 극복하도록 캘리브레이션을 (아래에서 설명되는 바와 같이) 행할 경우에는 하향링크와 상향링크가 상호 가역적(reciprocal)인 것으로 간주할 수 있다. 즉, H가 안테나 어레이A 로부터 안테나 어레이B 까지의 채널 행렬 응답을 나타낸 것이라면, 가역 채널은 어레이B 로부터 어레이A 까지의 커플링이 H ^T로 주어지는 것을 의미하며, 여기서 M ^T는 M의 전치행렬이다.

MIMO 시스템를 위한 채널 추정 및 공간 처리는 시스템 자원들 중 많은 부분을 소비한다. 따라서 TDD MIMO 시스템에서 채널 추정 및 공간 처리를 효율적으로 수행하기 위한 기법들이 기술적으로 요구되고 있다.

본 발명은 TDD MIMO 시스템에서 효율적인 방법으로 채널 추정 및 공간 처리를 수행하기 위한 기술을 제공한다. TDD MIMO 시스템에 있어서, 송신기와 수신기 모두에서 채널 추정 및 공간 처리를 단순화하기 위해 가역적 채널 특성을 이용할 수 있다. 처음에, 상기 시스템에서 액세스 포인트와 사용자 단말기가 캘리브레이션을 수행하여 이들의 송신 및 수신 체인들의 응답들에서의 차이들을 결정하고, 이러한 차이들을 보상하기 위한 정정 인자(correction factor)를 얻는다. 캘리브레이션은 정정 인자를 적용하여 "캘리브레이션된(calibrated)" 채널이 가역적임을 보장하도록 수행된다. 이러한 방식으로, 제1링크에 대하여 도출된 추정치에 기반하여 제2링크의 보다 정확한 추정이 획득될 수 있다.

정상 동작 동안, MIMO 파일롯이 제1링크(예를 들어, 하향링크)를 통해 (예를 들어, 액세스 포인트에 의해) 송신되고 제1링크에 대한 채널 응답의 추정치를 도출하기 위해 사용된다. 채널 응답 추정치는 이후 특이치(singular value)들의 대각 행렬 및 제1링크의 좌측 고유 벡터(eigenvector)들과 제2링크(예를 들어, 상향 링크)의 우측 고유 벡터들 모두를 포함하는 제1단위(unitary) 행렬을 얻기 위해 (예를 들어, 사용자 터미널에 의해 특이치 분해(singular value decomposition)를 이용하여) 분해될 수 있다. 그리하여 제1단위 행렬은 제1링크를 통해 수신되는 데이터 송신뿐만 아니라 제2링크를 통해 송신되는 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위해 사용될 수 있다.

제1단위 행렬의 고유 벡터들을 사용하여 제2링크를 통해 스티어링 레퍼런스(steered reference)가 송신될 수 있다. 스티어링 레퍼런스(또는 스티어링 파일롯)는 데이터 송신을 위해 사용되는 고유 벡터들을 사용하여 특정 고유 모드들을 통해 송신되는 파일롯이다. 이러한 스티어링 레퍼런스는 이후 상기 대각 행렬 및 제2링크의 좌측 고유 벡터들과 제1링크의 우측 고유 벡터들 모두를 포함하는 제2단위 행렬을 얻기 위해 (예를 들어, 액세스 포인트에 의해) 처리될 수 있다. 그리하여, 제2단위 행렬은 제2링크를 통해 수신되는 데이터 송신뿐만 아니라 제1링크를 통해 송신되는 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위해 사용될 수 있다.

아래에서는, 본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 여러 가지 양상들 및 특징들은 다음의 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다.

본 발명의 여러 가지 특성 및 이점에 대해 다음의 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 TDD MIMO 시스템에서 액세스 포인트와 사용자 단말기를 나타낸 블록도.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따라 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 송신 및 수신 체인을 나타낸 블록도.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따라 액세스 포인트 및 사용자 단말기에서 송신 및 수신 체인에서의 차이를 보상하기 위해 정정 행렬을 적용하는 예를 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 공간 다중 모드를 위해 하향링크와 상향링크를 위한 공간 처리 과정을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 빔 스티어링(beam-steering) 모드를 위해 하향링크와 상향링크를 위한 공간 처리 과정을 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 채널 추정과 공간 처리를 행하기 위한 프로세스를 나타낸 흐름도.

도 1은 TDD MIMO 시스템(100)에서 액세스 포인트(100)와 사용자 단말기(150)의 실시예를 나타낸 블록도이다. 액세스 포인트(110)에는 데이터 송신을 위한 N_ap 송신/수신 안테나가 설치되고, 사용자 단말기(150)에는 N_ut 송신/수신 안테나가 설 치된다.

하향링크를 통해, 액세스 포인트(100)에서, 송신(TX) 데이터 프로세서(114)는 데이터 소스(112)로부터 트래픽 데이터(즉, 정보 비트)를 수신하고, 제어기(130)로부터 시그널링 및 기타 데이터를 수신한다. TX데이터 프로세서(114)는 데이터를 포맷하고, 코딩하고, 인터리브하고, 변조하여(즉, 심볼 맵핑) 변조 심볼을 제공한다. TX 공간 프로세서(120)는 TX 데이터 프로세서(114)로부터 변조 심볼을 수신하고, 공간 처리를 수행하여 송신 심볼의 N_ap 스트림을 각 안테나 당 하나씩 제공한다. TX 공간 프로세서(120)는 또한 적절하게(예를들면, 캘리브레이션과 정상동작을 위해) 파일롯 심볼을 다중화한다.

각 변조기(MOD)(122)(이것은 전송 체인을 포함한다)는 각 송신 심볼 스트림을 수신 및 처리하여 대응하는 하향링크 변조 신호를 제공한다. 변조기(122a - 122ap)로부터의 N_ap 하향링크 변조신호는 이후 N_ap 안테나(124a - 124ap)를 통해 각각 송신된다.

사용자 단말기(150)에서 안테나(152a - 152ut)는 송신된 하향링크 변조 신호를 수신하고, 각 안테나는 수신된 신호를 각 복조기(DEMOD)(154)로 보낸다. 각 복조기(154)(이것은 수신 체인을 포함한다)는 변조기(122)에서 수행된 것과 상보적 관계의 처리를 수행하여 수신된 심볼을 제공한다. 이후 수신(RX) 공간 프로세서(160)가 모든 복조기(154a - 154ut)부터의 수신 심볼에 대해 공간 처리를 행하여 복원된 심볼을 제공하며, 이 복원된 심볼은 액세스 포인트가 송신한 변조 심볼의 추정이다. 이후 RX 데이터 프로세서(170)가 복원된 심볼을 추가적으로 처리하여(예를들면 심볼 디맵핑, 디인터리브, 디코딩 처리) 디코딩된 데이터를 제공한다. 이 디코딩된 데이터는 복원된 트래픽 데이터, 시그널링 등을 포함하며, 이들은 저장을 위해 데이터 싱크(172)로 송신되고 그리고/또는 추가적인 처리를 위해 제어기(180)로 송신된다.

상향링크를 위한 처리는 하향링크를 위한 처리와 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 데이터와 시그널링은 TX 데이터 프로세서(188)에 의해 처리되고, 추가로 TX 공간 프로세서(190)에 의해 공간적으로 처리(예를들면, 코딩, 인터리브, 및 변조)되며, 또한 이 프로세서(190)는 파일롯 심볼을 적절한 경우(예를들면 캘리브레이션과 정상 동작을 위해) 다중화한다. TX 공간 프로세서(190)로부터의 파일롯 및 송신 심볼은 변조기(154a - 154ut)에 의해 추가로 처리되어 N_ut 상향 변조된 신호를 생성하며, 이 N_ut 상향 변조된 신호는 이후 안테나(152a - 152ut)를 통해 액세스 포인트로 송신된다.

액세스 포인트(110)에서 상향 변조된 신호는 안테나(124a - 124ap)에 의해 수신되고, 복조기(122a - 122ap)에 의해 복조되며, RX 공간 프로세서(140)와 RX 데이터 프로세서(142)에 의해, 사용자 단말기에서 수행된 과정과는 상보적인 방식으로 처리된다. 상향링크를 위해 디코딩된 데이터는 저장을 위해 데이터 싱크(144)로 그리고/또는 추가 처리를 위해 제어기(130)로 제공될 수 있다.

제어기(130)(180)는 액세스 포인트 및 사용자 단말기에서 여러 가지 처리 유닛의 동작을 각각 제어한다. 메모리 유닛(132 및 182)은 제어기(130 및 180)에서 이용되는 데이터 및 프로그램 코드를 각각 저장한다.

1. 캘리브레이션(Calibration)

TDD 시스템에 있어서, 하향링크와 상향링크는 동일한 주파수를 공유하므로, 하향링크 채널 응답과 상향링크 채널 응답 간에는 정상적으로 높은 상관관계가 존재한다. 따라서, 하향링크와 상향링크 채널 응답 행렬은 서로 가역적(즉, 전치행렬적:transpose)이라고 가정 할 수 있다. 그러나, 액세스 포인트에서 송신/수신 체인의 응답은 통상적으로 사용자 단말기에서의 송신/수신 체인의 응답과 같지 않다. 시스템의 성능 향샹을 위해, 캘리브레이션을 통해 이러한 차이를 판정하고 보상한다.

도 2a는 본 발명의 일실시예에 따라서, 액세스 포인트(110)와 사용자 단말기(150)에서 전송 체인과 수신 체인을 나타낸 블록도이다. 하향링크의 경우, 액세스 포인트(110)에서 심볼("송신" 벡터 x _dn으로 표시함)은 전송 체인(214)에 의해 처리되고, MIMO 채널을 통해 N_ap 안테나(124)로부터 송신된다. 사용자 터미널(150)에서, 하향링크 신호는 N_ut 안테나(152)에 의해 수신되고, 수신 체인(254)에 의해 처리되어 수신된 심볼("수신" 벡터 r _dn으로 표시함)을 제공한다. 상향링크의 경우, 사용자 단말기(150)에서, 심볼(송신 벡터 xup로 표시함)은 전송 체인(264)에 의해 처리되고, MIMO 채널을 통해 N_ut 안테나(152)로부터 송신된다. 액세스 포인트(110)에서, 상향링크 신호는 N_ap 안테나(124)에 의해 수신된 수신 체인(224)에 의해 처리되어 수신된 심볼(수신 벡터 r_up로 표시함)을 제공한다.

하향링크의 경우, (노이즈가 없는 경우) 사용자 단말기에서의 수신 벡터r _dn은 다음 식으로 표시된다.

r _dn = R _ut HT _ap x _dn

여기서 x _dn은 하향링크용 N_ap 엔트리를 갖는 송신 벡터, r _dn 은 N_ut 엔트리를 갖는 수신 벡터, T _ap는 액세스 포인트에서 N_ap 안테나를 위한 전송 체인과 관련된 복소 이득들을 위한 엔트리를 갖는 N_ap ×N_ap 대각 행렬, R _ut는 사용자 터미널에서 N_ut 안테나를 위한 수신 체인와 관련된 복소 이득들을 위한 엔트리를 갖는 N_ut ×N_ut 대각 행렬, H 는 하향링크를 위한 N_ut ×N_ap 채널 응답 행렬이다.

송신/수신 채널과 MIMO 채널의 응답은 통상 주파수의 함수가 된다. 단순화를 위해, 플랫(flat) 페이딩 채널(즉, 플랫 주파수 응답을 갖는 채널)은 다음과 같이 유도된다고 가정한다.

상향링크의 경우, 액세스 포인트에서 수신기 벡터r _up(노이즈가 없는 경우)는 다음 식으로 표시된다.

r _up = R _ap H ^T T _ut x _up,

여기서 x _up은 상향링크용 N_ut 엔트리를 갖는 송신 벡터, r _up 은 N_ap 엔트리를 갖는 수신 벡터, T _ut는 사용자 단말기에서 N_ut 안테나를 위한 전송 체인과 관련된 복소 이득들을 위한 엔트리를 갖는 N_ut ×N_ut 대각 행렬, R _ap는 액세스 포인트에서 N_ap 안테나를 위한 수신 체인와 관련된 복소 이득들을 위한 엔트리를 갖는 N_ap ×N_ap 대각 행렬, H ^T 는 상향링크를 위한 N_ap ×N_ut 채널 응답이다.

수학식 (1) 및 수학식 (2)로부터 인가가능한 송신 및 수신 체인의 응답을 포함하는 유효 하향링크 및 상향링크 H _dn 및 H _up는 다음 식으로 표시된다.

H _dn = R _ut HT _ap 및 H _up = R _ap H ^T T _ut

수학식(3)에 도시한 바와 같이, 액세스 포인트에서의 송신/수신 채널의 응답이 사용자 단말기에서의 송신/수신 체인의 응답과 같지 않다면, 유효 하향링크 및 상향링크 채널 응답은 상호 가역적이지 않다. 즉, R _ut HT _ap ≠ (R _ap H ^T T _ut)^T이다.

수학식(3)에서의 2개의 식을 결합하면 다음의 관계식을 얻는다.

수학식(4)를 다시 정리하면 다음과 같다.

또는

여기서, K _ut= (T ^-1 _ut R _ut) 및 K _ap = T ^-1 _ap R _ap이다. T _ut, R _ut, T _ap및 R _ap는 대각 행렬이므로, K _ap 및 K _ut 또한 대각 행렬이고, 수학식(5)는 또한 다음과 같이 표현될 수 있다.

H _up K _ut = (H _dn K _ap)^T

행렬 K _ap 및 K _ut는 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 송신/수신 체인에서의 차이를 보상할 수 있는 "정정 인자"를 포함하도록 표현할 수도 있다. 수학식(5)에서 나타나는 바와 같이, 이것은 이후 하나의 링크에 대한 채널 응답이 다른 링크에서의 채널응답으로써 표현되도록 허용한다.

캘리브레이션을 행하여 행렬 K _ap 및 K _ut를 결정한다. 통상적으로, 실질적(true) 채널 응답 H 및 송신/수신 체인 응답은 알려져 있지 않고 정확하게 또는 쉽게 확정할 수 없다. 대신, 하향링크와 상향링크 각각에 송신된 MIMO 파일롯을 기초로 유효 하향링크 및 상향링크 채널 응답 H _dn 및 H _up를 추정할 수 있다. MIMO 파일롯의 생성 및 사용에 대해서는 상기한 미국특허출원 제60/421,309에 상세히 설명되어 있다.

정정 행렬

및

로 표현되는 행렬 K _ap 및 K _ut의 추정은 하향링크 및 상향링크 채널 응답 추정

및

에 기반하여 행렬비 연산 및 최소 평균 제곱 오차(MMSE : Minimun Mean Square Error) 계산을 포함하는 여러 가지 방법으로 도출될 수 있다. 행렬비 연산의 경우, (N _ut × N _ap) 행렬 C는 먼저 상향링크와 하향링크 채널 응답 추정의 비로서 연산되며, 이것을 다음과 같이 표현된다.

여기서 상기 비는 엘리멘트 별로 구해지며, C의 각 엘리멘트는 다음과 같이 연산된다.

여기서

및

는

및

의 (i,j)번째 (행, 열) 엘리멘트를 각각 나타내고, c_i,j는 C의 (i,j)번째의 행렬 엘리멘트를 각각 나타낸다.

의 N_ap 대각 엘리멘트만을 포함하는 액세스 포인트를 위한 정정벡터

는 C의 정규화(normalized) 행의 평균과 같도록 정의될 수 있다. C의 각 행, c_i 는 먼저 행의 각 엘리멘트를 행의 제1 엘리멘트로 나누어 정규화하여 대응 정규화 행

을 얻는다. 따라서,

가 C의 i번째 행이면, 정규화 행

은 다음과 같이 표현될 수 있다.

정정벡터

는 이후 C의 N_ut 정규화 행의 평균과 동일하게 설정되며, 다음과 같이 표현될 수 있다.

정규화 때문에,

의 제1 엘리먼트는 단위항이 된다.

의 N_ut 대각 엘리멘트만을 포함하는 사용자 단말기를 위한 정정벡터

는 C의 정규화 열의 역수의 평균과 같도록 정의된다. C의 각 열 c _j는 먼저 열에서의 각 엘리먼트를 벡터

의 j번째 엘리먼트(

로 표시됨)로 스케일링하여 정규화하여 대응 정규화 열

를 얻는다. 따라서,

가 C의 j번 열이면, 정규화 열

는 다음과 같이 표현된다.

그리고, 정정벡터

는 C의 N_ap 정규화 열의 역수의 평균과 동일하도록 설정되며, 다음과 같이 표현될 수 있다.

정규화 열의 역수

는 수행된 엘리멘트와 같다.

캘리브레이션은 액세스 포인트와 사용자 단말기 각각을 위한 정정벡터

및

를 제공하거나 또는 대응하는 정정행렬

및

를 각각 제공한다.

정정행렬

및

를 대한 MMSE 연산은 상기한 미국특허출원 제60/421,462호에 상세히 기재되어 있다.

도 2b는 본 발명의 일실시예에 따라서 송신/수신 체인에서의 차이를 보상하기 위한 정정행렬의 응용을 예시한 도면이다. 하향링크에서 송신 벡터 x _dn은 먼저 유닛(212)에 의해 행렬

와 곱해진다. 하향링크에 대한 전송 체인(214)와 수신 체인(254)에 의한 후속적인 처리는 도 2a에 도시한 것과 동일하다. 유사하게 상향링크에서 송신 벡터 x _up는 먼저 유닛(262)에 의해 행렬

와 곱해진다. 또한 상향링크에 대한 전송 체인(264)과 수신 체인(224)에 의한 후속적인 처리는 도 2a에 도시한 것과 동일하다.

사용자 단말기와 액세스 포인트에 의해 관측되는 "캘리브레이션된" 하향링크와 상향링크 채널 응답은 각각 다음과 같이 표현될 수 있다.

및

여기서 H ^T _cdn및 H _cup는 수학식 (6)에서의 "실질적(true)" 캘리브레이션된 채널 응답식의 추정이다. 수학식(6) 및 수학식(10)으로부터

임을 알 수 있다. 관계식

의 정확도는 추정치

및

의 정확도에 의존하며, 이것은 다시 하향 및 상향 채널 응답 추정치

및

의 품질에 의존한다. 상기한 바와 같이, 일단 송신/수신 체인이 캘리브레이션되면, 한 링크(예를들면

)을 위해 얻어진 캘리브레이션된 채널 응답 추정치는 다른 링크(예를들면

)를 위한 캘리브레이션된 채널 응답의 추정치로서 사용된다.

TDD MIMO 시스템을 위한 캘리브레이션에 대해서는 미국특허출원 제60/421,309호 및 미국특허출원 제60/421,462호에 상세히 기재되어 있다.

2. 공간 처리

MIMO 시스템에 있어서 데이터는 MIMO 채널의 하나 이상의 고유 모드로 송신된다. 공간 다중 모드는 데이터 송신이나 다중 고유 모드를 커버하도록 정의되고, 빔 스티어링 모드는 단일 고유 모드에서의 데이터 송신을 커버하도록 정의된다. 양 동작 모드 모두는 송신기와 수신기에서 공간 처리를 필요로 한다.

여기서 설명하는 채널 추정 및 공간 처리 기술은 OFDM과 함께 또는 OFDM 없이MIMO 시스템을 위해 사용된다. OFDM은 효과적으로 전체 시스템 대역을 다수의 (N_F) 직교 서브밴드로 분할하며, 이 직교 서브밴드는 주파수 빈(bins) 또는 서브채널로도 불리운다. OFDM을 사용하여, 각 서브채널은 데이터가 변조되는 각 부반송파와 연관된다. OFDM을 사용하는 MIMO 시스템(즉, MIMO-OFDM 시스템)의 경우, 각 서브밴드의 각 고유모드는 독립된 송신 채널로서 볼 수 있다. 명료함을 위해, TDD MIMO-OFDM 시스템과 관련하여 채널 추정 및 공간 처리 기술을 설명한다. 이 시스템에 있어서 무선 채널의 각 서브밴드는 가역적인 것으로 가정한다.

하향링크 및 상향링크 채널 응답들 간의 상관은 TDD 시스템에 대하여 액세스 포인트 및 사용자 단말기에서 채널 추정 및 공간 처리를 단순화하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 단순화는 송신/수신 체인들에서의 차이들을 보상하기 위해 캘리브레이션이 수행된 후에 유효하게 된다. 캘리브레이션된 채널 응답들은 다음과 같이 주파수의 함수로서 표현될 수 있다.

및

여기서 K는 데이터 송신을 위해 사용될 수 있는 모든 서브밴드(즉, 데이터 서브밴드)의 세트를 나타낸다. 행렬

및

가 데이터 서브밴드 각각을 위해 얻어지도록 캘리브레이션이 수행된다. 대안적으로, 모든 데이터 서브밴드의 서브세트 만을 위해 캘리브레이션을 수행할 수도 있으며, 이 경우 캘리브레이션이 안된 서브밴드를 위한 행렬

및

는 캘리브레이션된 서브밴드를 위한 행렬을 보간하여 얻을 수 있으며, 이 부분에 대해서는 상기 미국특허 출원 제60/421,462호에서 설명하고 있다.

각 서브밴드를 위한 채널 응답 행렬 H(k)은 대각화되어 이 서브밴드에 대한 N_s 고유모드를 얻는다. 이것은 채널 응답 행렬 H(k)에서의 특이치 분해, 또는 R(k) = H ^H(k)H(k)가 되는 H(k)의 상관 행렬의 고유값(eigen value) 분해를 수행하여 얻게 된다. 명료함을 위해, 특이치 분해는 다음의 설명을 위해 이용된다.

캘리브레이션된 상향링크 채널 응답의 특이치 분해 H _cup(k)는 다음과 같이 표현된다.

여기서, U _ap(k)는 H _cup(k)의 좌측 고유 벡터의 (N_ap ×N_ap) 단위 행렬, ∑(k)는 H _cup(k)의 특이치의 (N_ap × N_ut) 대각 행렬, V _ut는 H _cup(k)의 우측 고유 벡터의 (N_ut × N_ut) 단위 행렬이다.

단위 행렬은 특성 M ^H M = I로 특성화되며, 여기서 I는 단위 행렬이다.

대응하여, 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답 행렬의 특이치 분해 H _cdn(k)는 다음과 같이 표현된다.

여기서, 행렬 V ^* _ut(k) 및 U ^* _ap(k)는 H _cdn(k)의 좌측 및 우측 에인겐벡터의 단위 행렬을 각각 나타낸다. 수학식 (12) 및 수학식 (13) 그리고 상기 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 한 링크를 위한 좌측 및 우측 에인겐벡터의 행렬은 다른 링크를 위한 우측 및 좌측 에인겐벡터의 행렬의 공액복소수이다. 행렬 V _ut(k), V ^* _ut(k), V ^T _ut(k),V ^H _ut(k)는 행렬 V _ut(k)의 다른 형태이고, 행렬 U _ap(k), U ^* _ap(k), U ^T _ap(k), U ^H _ap(k)는 또한 행렬 U _ap(k)의 다른 형태이다. 간략화를 위해, 행렬 U _ap(k) 및 V _ut(k)를 참조 이하에서 설명하는 것은 그 밖의 다른 형태에도 적용된다. 행렬 U _ap(k) 및 V _ut(k)는 공간 처리를 위해 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 각각 사용되며, 첨자로 표시된다. 에인겐벡터는 또한 스티어링 벡터(steering vector)로써 참조된다.

특이치 분해에 대해서는 아카데믹 출판사(Academic Press)가 1980년 발행한 길버트 스트랭(Gilbert Strang)저 "선형 대수학 및 그 응용(Linear Algebra and Its Applications" 제2판에 보다 상세히 기재되어 있다.

사용자 단말기는 액세스 포인트가 송신한 MIMO 파일롯을 기초로 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답을 추정할 수 있다. 사용자 단말기는 이후 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답 추정

(k∈K)을 위한 특이치 분해를 수행하여

의 좌측 고유벡터의 대각행렬

및 행렬

를 얻는다. 특이치 분해는 식

으로 주어지며, 식 중 각 행렬의 "^"은 실질적 행렬의 추정을 표시한다.

유사하게 액세스 포인트는 사용자 단말기가 송신한 MIMO 파일롯을 근거로 캘리브레이션된 채널 반응을 추정할 수 있다. 액세스 포인트는 이후 캘리브레이션된 채널 반응 추정

(k∈K)를 위한 특이치 분해를 수행하여

의 좌측 고유벡터의 대각행렬

및 행렬

를 얻는다. 특이치 분해는 식

으로 주어진다.

그러나, 가역채널 및 캘리브레이션 때문에, 특이치 분해는 단지 사용자 단말기 또는 액세스 포인트에 의해서만 수행될 필요가 있다. 사용자 단말기에 의해 수행되면 행렬

(k∈K)는 사용자 단말기에서 공간 처리를 위해 사용되고, 행렬

(k∈K)는 직접형태(즉, 행렬

의 엔트리를 보냄으로써)로 액세스 포인트에 제공되거나, 간접형태(즉, 하기 설명하는 스티어링된 레퍼런스를 통해)로 제공된다.

각 행렬

(k∈K)에서의 특이치는 제1행이 최대 특이치를 포함하고, 제2행이 다음의 최대 특이치를 포함하고, 다음 행이 다시 그 다음 최대값을 포함하도록 오더링한다(즉, σ₁≥σ₂≥...≥σ_Ns, 식중 σ_i는 순차화 이후

의 i번째 행에서 에인겐값이다). 각 행렬

를 위한 특이치가 오더링(ordering)될 때 그 서브밴드에 대한 관련 단위 행렬

및

의 고유벡터(행) 또한 따라서 오더링된다. 광대역 고유모드는 오더링 이후 모든 서브밴드의 동일 오더(order) 고유모드의 설정으로서 한정된다(즉, m번째째 광대역 고유모드는 모든 서브밴드의 m번째 고유모드를 포함한다). 각 광대역 고유모드는 모든 서브밴드에 대한 각 세트의 고유벡터와 관련이 있다. 기본 광대역 고유모드는 오더링 이후 각 행렬

에서 최대 특이치와 관련된 것이다.

A. 상향링크 공간처리

상향링크 송신을 위한 사용자 단말기에 의한 공간 처리는 다음식으로 표현된다.

여기서, x _up(k) 는 k번 서브밴드에 대한 상향링크의 송신 벡터, s _up(k)는 k번 서브밴드의 N_s 고유모드를 통해 송신되는 변조 모듈의 최대 N_s 비제로(non-zero) 엔트리까지를 갖는 "데이터" 벡터이다.

액세스 포인트에서 수신 상향링크 송신은 다음식으로 표현된다.

여기서, r _up(k)는 k번째 서브밴드에 대한 상향링크의 수신 벡터, n _up(k)는 k번째 서브밴드에 대한 가산성 백색 가우시안 노이즈(AWGN: Additive White Gaussian noise)이다. 수학식(15)는 다음 관계식

및

를 이용한다.

사용자 단말기로부터 상향링크 송신을 위한 가중치 부여되고(weighted) 매치된 필터 행렬 M _ap(k)는 다음식으로 표현된다.

수신된 하향링크 송신을 위해 액세스 포인트에서의 공간 처리(또는 매치 필터링)는 다음식으로 표현된다.

여기서,

는 상향링크를 통해 사용자 단말기에 의해 송신된 데이터 벡터 s _up(k)의 추정치,

는 후처리된 노이즈이다.

B. 하향링크 공간 처리

하향링크 송신을 위한 액세스 포인트에 의한 공간 처리는 다음식으로 표현된다.

여기서, x _dn(k)는 송신 벡터이고, s _dn(k)는 하향링크를 위한 데이터 벡터이다.

사용자 단말기에서의 수신 하향링크는 다음식으로 표현된다.

액세스 포인트로부터 하향링크 송신을 위한 가중치 부여되고 매치된 필터 행렬 M _ut(k)는 다음과 같이 표현된다.

수신된 하향링크 송신을 위한 사용자 단말기에서의 공간 처리(또는 매치된 필터링)는 다음식으로 표현된다.

표 1은 데이터 송신을 위해 액세스 포인트 및 사용자 단말기에서 공간 처리를 요약한 것이다.

	상향링크	하향링크
사용자 단말기	송신:	수신:
액세스 포인트	수신:	송신:

상기 설명 및 표 1에서 나타낸 바와 같이, 정정 행렬

및

는 액세스 포인트와 사용자 단말기 각각에서 송신측에 인가된다. 정정행렬

및

는 또한 다른 대각 행렬(예를들면 채널 반전을 얻기 위해 사용되는 가중 행렬 W _dn(k)과 W _up(k)와 같은 것)과 결합할 수도 있다. 그러나, 정정 행렬은 또한 송신측 대신에 수신측에 인가될 수도 있으며, 이 부분 또한 본 발명의 범위 내에 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 공간 다중 모드를 위한 하향링크와 상향링크에 대한 공간 처리를 나타낸 블록도이다.

하향링크의 경우, 액세스 포인트(110x)에 있는 TX 공간 프로세서(120x)내에서, 데이터 벡터 s _dn(k)(k∈K)는 유닛(310)에 의해 먼저 행렬

과 곱해지고, 이어서 다시 유닛(312)에 의해 정정 행렬

과 곱해져서 송신 벡터 x _dn(k)를 얻는다. 벡터 x _dn(k)(k∈K)는 이후 변조기(122x) 내에서 전송 체인(314)에 의해 처리되고, MIMO 채널을 통해 사용자 단말기(150k)로 송신된다. 유닛(310)는 하향링크 데이터를 위한 공간 처리를 수행한다.

사용자 단말기(150x)에서 하향신호는 복조기(154x) 내에서 수신 체인(354)에의해 처리되어 수신 벡터 r _dn(k)(k∈K)를 얻는다. RX 공간 프로세서(160x)내에서, 수신 벡터 r _dn(k)(k∈K)는 먼저 유닛(356)에 의해 행렬

와 곱해지고, 추가로 역 대각행렬

에 의해 스케일되어 데이터벡터 s _dn(k)의 추정인

를 얻는다. 유닛(356)(358)는 하향링크 매치된 필터링을 위한 공간 처리를 수행한다.

상향링크의 경우, 사용자 단말기(150x)에 있는 TX 공간 프로세서(190x)내에서 데이터 벡터 s _up(k)(k∈K)는 먼저 유닛(360)에 의해 행렬

과 곱해지고, 다시 유닛(362)에 의해 정정 행렬

와 곱해져서 송신 벡터 x _up(k)를 얻는다. 이후 벡터 x _up(k)(k∈K)는 변조기(154x) 내에서 전송 체인(364)에 의해 처리되고, MIMO 채널로 액세스 포인트(110x)로 송신된다. 유닛(360)는 상향링크 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행한다.

액세스 포인트(110x)에서, 상향신호는 복조기(122x) 내에서 수신 체인(324)에 의해 처리되어 수신 벡터 r _up(k)(k∈K)를 얻는다. RX 공간 프로세서(140x) 내에서, 수신 벡터 r _up(k)(k∈K)는 먼저 유닛(326)에 의해 행렬

과 곱해지고, 추가로 유닛(328)에 의해 역 대각행렬

로 스케일되어 데이터벡터 s _up(k)의 추정인

를 얻는다. 유닛(326, 328)는 상향링크 매치된 필터링을 위해 공간 처리를 수행한다.

3. 빔 스티어링(Beam-Steering)

특정 채널 조건의 경우, 단 하나의 광대역 고유모드-통상적으로는 최선 또는 기본 광대역 고유모드에서 데이터를 송신하는 것이 더 바람직하다. 이러한 경우로는 모든 광대역 고유모드에 대한 수신 신호대 잡음비(SNR : Signal-to-Noise Ratio)가 충분히 낮아서(poor) 기본 광대역 고유모드에 대한 모든 사용가능한 송신 전력을 이용하여 높은 성능을 얻게 되는 경우를 들 수 있다.

단일 광대역 고유모드를 통한 데이터 송신은 빔형성 또는 빔 스티어링을 이용하여 달성될 수 있다. 빔-형성의 경우, 변조 심볼은 기본 광대역 고유모드(즉 오더링 이후 행렬

또는

의 제1행)에 대해서 고유벡터

또는

(k∈K)로 공간적으로 처리된다. 빔 스티어링의 경우, 기본 광대역 고유모드에 대해서는 "정규화"(또는 "포화") 고유벡터

또는

(k∈K)의 세트로 공간 처리한다. 명확성를 위해, 빔-스티어링은 상향링크에 대하여 아래에서 설명된다.

상향링크의 경우, 기본 광대역 고유모드에 대해서 각 고유벡터

(k∈K)의 엘리먼트는 다른 크기를 갖는다. 따라서, 각 서브밴드에 대해 필수 심볼은 다른 크기를 가질 수도 있으며, 여기서 미리조정된(preconditioned) 심볼은 서브밴드 k 에 대한 변조 심볼을 서브밴드k에 대한 고유벡터

의 엘리먼트로 곱하여 얻는다. 결과적으로, 소정의 송신 안테나에 대한 모든 데이터 서브밴드의 필수 심볼을 각각 포함하는 안테나당 송신 벡터는 다른 크기를 갖는다. 각 송신 안테나에 대한 송신 전력이 제한되면(예를들어 전력 증폭기의 한계 때문에), 빔형성은 각 안테나에 사용가능한 전체 전력을 사용할 수 없게 된다.

빔 스티어링은 기본 광대역 고유모드에 대해 고유벡터

(k∈K)로부터 위상 정보만을 이용하여 각 고유벡터를 정규화하여 고유벡터에서의 모든 엘리먼트가 동일한 크기를 갖도록 한다. k번째 서브밴드에 대한 정규화 고유벡터

를 다음과 같이 표현한다.

여기서, A는 상수(예를들면 A=1)이고, θ_i(k)는 다음과 같이 주어지는 i번째 송신 안테나의 k번째 서브밴드에 대한 위상이며 다음과 같이 표현된다.

수학식(23)에 나타낸 바와 같이, 벡터

에서의 각 엘리먼트의 위상은 고유벡터

의 대응 엘리먼트로부터 얻는다(즉, θ_i(k)는

로부터 획득되며,

이다).

A. 상향링크 빔 스티어링

상향링크를 통한 빔 스티어링에 대한 사용자 단말기의 공간 처리는 다음식으로 표현될 수 있다.

여기서, S_up(k)는 k번째 서브밴드로 송신될 변조 심볼이고,

는 빔 스티어링을 위한 k번째 서브밴드에 대한 송신 벡터이다. 수학식(22)에서 도시한 바와 같이, 각 서브밴드에 대한 정규화 스티어링 벡터

의 N_ut엘리먼트는 동일한 크기를 갖지만 가능한 다른 위상을 갖는다. 따라서 빔 스티어링은 각 서브밴드에 대해 단일 송신 벡터

를 발생시키며,

의 N_ut 엘리먼트는 동일한 크기이지만 가능한 다른 위상을 갖는다.

빔 스티어링의 경우 액세스 포인트에서의 수신된 상향링크 송신은 다음 식으로 표현된다.

여기서,

는 빔 스티어링을 위한 k번째 서브밴드에 대한 상향링크를 위한 수신된 벡터이다.

빔 스티어링을 이용하여 상향링크 송신을 하기 위한 매치된 필터 행 벡터

는 다음식으로 표현된다.

매치된 필터 벡터

는 아래에 설명되는 것처럼 얻어질 수 있다. 빔 스티어링을 사용하여 상기 수신된 상향링크 송신을 위한 액세스 포인트에서 공간 처리(또는 매치된 필터링)은 다음식으로 표현된다.

여기서,

(즉,

는

와

의 공액 전치 행렬과의 내적)이고,

는 상향링크에서 사용자 단말기에 의해 송신되는 변조 심볼 S_up(k)의 추정이고,

는 후처리 노이즈이다.

B. 하향링크 빔 스티어링

하향링크를 통한 빔 스티어링을 위한 액세스 포인트의 공간 처리는 다음식으로 표현된다.

여기서,

는 k번째 서브밴드를 위한 정규화 고유벡터로서, 이것은 전술한 바와 같이 기본 광대역 고유모드에 대해 고유벡터

를 기초로 생성된다.

빔 스티어링을 이용하여 하향링크 송신을 하기 위한 매치된 필터 행 벡터

는 다음식과 같이 표현된다.

수신된 하향링크 송신을 위한 사용자 단말기의 공간 처리(또는 매치된 필터링)는 다음식과 같이 표현된다.

여기서,

(즉,

는

와

의 공액 전치 행렬과의 내적)이다.

빔 스티어링은 공간 처리의 특별한 케이스로 볼 수 있으며, 이 경우 한 고유모드당 단 하나의 고유 벡터만이 데이터 송신을 위해 사용되고, 이 고유모드는 정규화되어 동일한 크기를 갖는다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라서, 빔 스티어링모드에서 하향링크와 상향링크를 위한 공간 처리를 나타낸 블록도이다.

하향링크의 경우, 액세스 포인트(110y)의 TX 공간 프로세서(120y) 내에서 변조 심볼 s_dn(k)(k∈K)은 유닛(410)에 의해 먼저 정규화 고유벡터

와 곱해지고, 이후 유닛(412)에 의해 정정 행렬

로 승산되어 송신 벡터

을 얻는다. 벡터

(k∈K)는 이후 변조기(122y) 내에서 전송 체인(414)에 의해 처리되고 MIMO 채널을 통해 사용자 단말기(150y)로 송신된다. 유닛(410)은 빔 스티어링 모드에 대한 하향 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행한다.

사용자 단말기(150y)에서, 하향링크 신호는 복조기(154y) 내에서의 수신 체인(454)에 의해 처리되어 수신 벡터

(k∈K)를 얻는다. RX공간 프로세서(160y)에서, 유닛(456)는 수신 벡터

(k∈K)와 상기 매치된 필터 벡터

의 내적을 수행한다. 내적 결과는 변조 심볼 s_dn(k)의 추정인 심볼

을 얻도록 유닛(458)에 의해

로 스케일링된다. 유닛(456)(458)은 빔 스티어링 모드를 위한 하향링크 매치 필터링을 위한 공간 처리를 수행한다.

상향링크의 경우, 사용자 단말기(150y)의 TX 공간 프로세서(190y) 내에서, 변조 심볼 s_up(k)(k∈K)은 유닛(460)에 의해 먼저 정규화 고유벡터

와 곱해지고, 이후 추가적으로 유닛(462)에 의해 정정 행렬

와 곱해져서, 송신 벡터

를 얻는다. 벡터

(k∈K)는 이후 변조기(154y) 내에서 전송 체인(464)에 의해 처리되고 MIMO 채널을 통해 액세스 포인트(110y)로 송신된다. 유닛(460)는 빔 스티어링 모드의 상향 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행한다.

액세스 포인트(110y)에서, 상향링크 신호는 복조기(124y) 내에서의 수신 체인(424)에 의해 처리되어 수신 벡터

(k∈K)를 얻는다. RX 공간 프로세서(140y)에서, 유닛(426)은 수신 벡터

(k∈K)와 매치된 필터 벡터

의 내적을 수행한다. 내적 결과는 유닛(428)에 의해

로 스케일링되고, 변조 심볼 s_up(k)의 추정인 심볼

을 얻는다. 유닛(426, 428)는 빔 스티어링 모드를 위한 상향링크 매치 필터링을 위한 공간 처리를 수행한다.

4. 스티어링 레퍼런스(Steered Reference)

수학식(15)에 나타난 바와 같이, 액세스 포인트에서, 노이즈가 없는 경우 수신 상향링크 벡터 r _up(k)(k∈K)는 특이치의 대각행렬

에 의해 스케일링된

의 좌측 고유벡터의 행렬

인

에 의해 송신된 데이터 벡터 s _up(k)와 같다. 수학식(17) 및 (18)에 나타낸 바와같이, 가역 채널 및 캘리브레이션 때문에, 행렬

및 그 전치행렬은 하향링크 송신의 공간 처리와 수신된 상향링크 송신의 공간 처리(매치된 필터링)을 위해 각각 사용된다.

스티어링 레퍼런스(또는 스티어링 파일롯)는 사용자 단말기에 의해 송신되고, 액세스 포인트에 의해 사용되어

및

(k∈K) 모두의 추정을 얻으며, 이때 MIMO 채널을 추정하거나 특이치 분해를 행할 필요가 없다. 유사하게 스티어링된 레퍼런스는 액세스 포인트에 의해 송신되고, 사용자 단말기에 의해 사용되어

및

모두의 추정을 얻는다.

스티어링된 레퍼런스는, 사용자 단말기에서(상향링크에서) 모든 N_ut 안테나로부터 또는 액세스 포인트에서(하향링크에서) 모든 N_ap 안테나로부터 송신되는, 특정 OFDM 심볼(이하 파일롯 또는 "P"OFDM 심볼이라함)을 포함한다. P OFDM 심볼은 상기 광대역 고유모드에 대한 고유벡터의 세트를 가지고 공간 처리를 수행함으로써 단일 광대역 고유모드에서만 송신된다.

A. 상향링크 스티어링된 레퍼런스

사용자 단말기에 의해 송신된 상향링크 스티어링된 레퍼런스는 다음식으로 표현된다.

여기서, x _up,m(k) 는 m번째째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 송신 벡터,

는 m번째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 고유벡터, p(k)는 k번째 서브밴드에서 송신되는 파일롯 변조 심볼이다. 고유 벡터

는 행렬

의 m번째 열이며,

이다.

액세스 포인트에서 수신 상향링크 스티어링된 레퍼런스는 다음식으로 표현된다.

여기서, r _up,m(k) 는 m번째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 상향링크 스티어링된 레퍼런스의 수신 벡터이고, σ_m(k)는 m번째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 특이치이다.

스티어링된 레퍼런스에 기반하는 채널을 추정하는 기술은 이하에서 더욱 상세히 설명한다.

B. 하향링크 스티어링된 레퍼런스

액세스 포인트에 의해 송신된 상향링크 스티어링된 레퍼런스는 다음식으로 표현된다.

여기서, x _dn,m(k) 는 m번째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 송신 벡터이고,

는 m번째 광대역 고유모드의 k번째 서브밴드에 대한 고유벡터이다.

스티어링 벡터

은 행렬

의 m번째 열이며,

이다.

하향링크 스티어링 레퍼런스는 여러 가지 목적으로 사용자 단말기에 의해 사용된다. 예를들면, (액세스 포인트는 채널 추정의 추정을 가지고 있기 때문에) 하향 스티어링 레퍼런스는 사용자 단말기로 하여금 상기 액세스 포인트가 MIMO 채널에 대한 어떤 종류의 추정을 가지고 있는가를 결정하도록 허용한다. 하향링크 스티어링 레퍼런스는 또한 사용자 단말기가 하향링크 송신의 수신 SNR을 추정하는데 사용한다.

C. 빔 스티어링을 위한 스티어링된 레퍼런스

빔 스티어링 모드의 경우, 기본 광대역 고유모드에 대해 정규화된 고유벡터의 세트를 이용하여 공간 처리를 수행한다. 정규화 고유벡터를 갖는 전체 전달 함수는 비정규화(unnormalized) 고유벡터를 갖는 전체 전달 함수와는 다르다(즉,

). 모든 서브밴드에 대한 정규화 고유벡터의 세트를 이용하여 생성되는 스티어링 레퍼런스는 이후 송신기에 의해 송신되고, 수신기에 의해 이용되어 빔 스티어링 모드에서의 이들 서브밴드를 위한 매치된 필터 벡터를 도출할 수 있다.

상향링크의 경우, 빔 스티어링 모드를 위한 스티어링된 레퍼런스는 다음 수학식으로 표현된다.

액세스 포인트에서, 빔 스티어링 모드를 위한 수신 상향링크 스티어링 레퍼런스는 다음식으로 표현된다.

빔 스티어링을 사용하는 상향링크 송신을 위한 매치된 필터 행 벡터

를 얻기 위해, 스티어링된 레퍼런스를 위한 수신 벡터

가 먼저 p^*(k)와 곱해진다. 이 결과는 이후 다중 수신 스티어링 레퍼런스 심볼에 대해 적분되어

의 추정치를 형성한다. 이때 벡터

는 이 추정치의 공액 전치행렬이다.

빔 스티어링 모드로 동작하는 동안, 사용자 단말기는 스티어링된 레퍼런스의 다중 심볼, 예를 들면, 정규화 고유벡터

를 사용하는 하나 이상의 심볼들, 기본 고유모드에 대한 고유벡터

를 사용하는 하나 이상의 심볼들, 다른 고유모드에 대한 고유벡트를 사용하는 가능한 하나 이상의 심볼들을 송신한다.

를 가지고 발생하는 스티어링된 레퍼런스 심볼은 액세스 포인트에 의해 사용되어 매치된 필터 벡터

를 도출한다.

으로 발생된 스티어링 레퍼런스 심볼은

를 얻는데 사용되며, 이것은 이후 하향링크에서 빔 스티어링을 위해 사용되는 정규화 고유벡터

를 도출하는데 사용된다. 다른 고유모드를 위한 고유벡터

내지

를 가지고 생성된 스티어링 레퍼런스는 액세스 포인트에 의해 사용되어

내지

과 이들 다른 고유모드를 위한 특이치를 얻는다. 이러한 정보는 이후 데이터 송신을 위해 공간 다중모드 또는 빔 스티어링 모드를 이용할 것인지의 여부를 결정하기 위해 상기 액세스 포인트에 의해 사용된다.

하향링크의 경우, 사용자 단말기는 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답 추정

에 기반하여 빔 스티어링 모드를 위한 매치된 필터 벡터

를 도출한다. 특히, 사용자 단말기는

의 특이치 분해로부터

을 가지고, 정규화 고유벡터

를 도출할 수 있다. 사용자 단말기는 이후

를

와 곱하여

를 얻고, 이후

를 기초로

를 도출한다. 대안적으로, 스티어링 레퍼런스는 정규화 고유벡터

를 이용하여 액세스 포인트에 의해 송신될 수 있고, 이 스티어링 레퍼런스는 위에서 설명된 방식으로 사용자 단말기에서 처리되어

를 얻는다.

D. 스티어링 레퍼런스에 기반하는 채널 추정

수학식 (32)에 나타낸 바와 같이, 액세스 포인트에서, 수신 상향링크 스티어링 레퍼런스(노이즈가 없는 경우)는 대략

이다. 따라서 액세스 포인트는 사용자 단말기가 송신한 스티어링 레퍼런스를 기초로 상향링크 채널 응답 추정을 얻을 수 있다. 채널 응답 추정을 얻기 위해 다양한 추정 기술들이 이용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면,

의 추정을 얻기 위해, m번째 광대역 고유모드를 위한 스티어링 레퍼런스에 대한 수신 벡터 r _up,m(k) 가, 스티어링 레퍼런스에 사용되는, 파일롯 변조 심볼의 공액복소수 p^*(k)와 먼저 곱해진다. 그 결과는 이후 각 광대역 고유모드의 다중 수신 스티어링 레퍼런스 심볼에 대해 적분되어

의 추정을 얻으며, 이 값은 m번째 광대역 고유모드를 위한

의 스케일링된 좌측 고유벡터이다.

의 N_ap 엔트리 각각은 r _up,m(k)를 위한 N_ap 엔트리 중 대응하는 것에 기반하여 얻어지며, 여기서 r _up,m(k)의 N_ap 엔트리는 액세스 포인트에서 N_ap 안테나로부터 얻어진 수신 심볼이다. 고유벡터가 단위(unit) 전력을 가지므로, 특이치 σ_m(k)은 스티어링 레퍼런스의 수신 전력에 기반하여 추정될 수 있으며, 이것은 각 광대역 고유모드의 각 서브밴드를 위해 측정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 최소 평균 제곱 오차 MMSE(Minimum Mean Square Error)기술은 스티어링 레퍼런스를 위한 수신 벡터 r _up,m(k)에 기반하여

의 추정을 얻는데 이용된다. 파일롯 변조 심볼p(k)이 공지되었으므로, 액세스 포인트는

의 추정을 도출하여 (수신 벡터 r _up,m(k)에 대한 매치 필터링을 수행한 후 얻어지는) 수신 파일롯 심볼 및 송신 파일롯 심볼 간의 평균 제곱 오차를 최소화한다. 수신기에서의 공간 처리를 위한 MMSE 기술의 이용에 대해서는 공동출원 미국특허 제09/993,087호, 2001년 11월 6일자 출원 "다중 액세스 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 통신 시스템"에 상세히 기재되어 있다.

스티어링 레퍼런스는 임의의 소정 심볼 기간에서 하나의 광대역 고유모드에 대해 송신되며, 상기 광대역 고유모드의 각 서브밴드를 위한 하나의 고유벡터의 추정을 얻기 위해 차례로 이용될 수 있다. 따라서, 수신기는 임의의 심볼 주기동안 단위 행렬에서 하나의 고유벡터의 추정을 얻을 수 있다. 단위 행렬을 위한 다중 고유벡터의 추정이 다른 심볼 주기를 통해 얻어지므로 그리고 송신 경로에서 노이즈 및 다른 열화요인으로 인해, 단위 행렬을 위해 추정된 고유벡터가 직교하지 않을 수 있다. 이후 추정된 고유벡터는 다른 링크를 통한 데이터 송신의 공간 처리를 위해 사용되며, 여기서 이들 추정된 고유벡터에서의 직교성에 있어서의 오차는 고유모드들 간의 크로스-토크를 초래하며, 이는 성능저하를 야기할 수 있다.

일실시예에서, 각 단위 행렬에 대한 추정 고유벡터가 서로 직교하도록 강제된다. 고유벡터의 직교화는 그램-슈미트(Gram-Schmidt) 기법을 이용하여 얻어지며, 이 부분에 대해서는 앞서 언급된 길버트 스트랭의 상기 참조문헌과 그 밖의 다른 기술서에 상세히 설명되어 있다.

스티어링 참조에 기반하여 채널 응답을 추정하기 위해 다른 기술도 이용할 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 범위내에 있다.

따라서, 액세스 포인트는,

에 대해 상향 채널응답을 추정하거나 특이치 분해를 수행해할 필요 없이, 사용자 단말기에 의해 전송된 스티어링 레퍼런스에 기반하여

및

모두를 추정할 수 있다. 단지 N_ut 광대역 고유모드만 임의의 전력을 가지고 있으므로,

의 좌측 고유벡터의 행렬

은 유효하게 (N_ap × N_ut)이며, 행렬

는 (N_ut × N_ut)로 간주된다.

하향링크 스티어링 레퍼런스에 기반하여 사용자 단말기에서

및

를 추정하기 위한 프로세스는 상기 설명한 상향링크 스티어링 레퍼런스와 유사하다.

5. 채널 추정 및 공간 처리

도 5는, 본 발명의 일실시예에 따라서, 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 채널 추정과 공간 처리를 수행하기 위한 특정 프로세스(500)의 흐름도이다. 프로세스(500)는 2개의 부분 - 캘리브레이션(calibration)(블록 510) 및 정상동작(블록 520)- 을 포함한다.

먼저, 액세스 포인트와 사용자 단말기는 캘리브레이션을 수행하여 그 송신 및 수신 체인의 응답에 있어서의 차를 결정하고 정정행렬

및

(k∈K)를 얻는다(블록 512). 캘리브레이션은 단지 한 번(예를들면 통신 세션의 시작시에 또는 사용자 단말기에 전원이 들어온 최초 시점에) 수행될 필요가 있다. 정정행렬

및

은 이후, 전술한 바와 같이, 송신측에서 액세스 포인트와 사용자 단말기에서 각각 사용된다.

정상동작동안, 상기 액세스 포인트는 캘리브레이션된 하향링크 채널을 통해 MIMO 파일롯을 송신한다(블록 522). 사용자 단말기는 상기 MIMO 파일롯을 수신하여 처리하고, 상기 수신된 MIMO 파일롯에 기반하여 캘리브레이션된 하향링크 채널응답을 추정하고 상기 캘리브레이션된 하향링크 채널의 추정치를 유지한다(블록 524). 채널 응답 추정이 정확할 때 성능이 더 나아지는 것(즉, 덜 열화됨)을 알 수 있다. 다중 수신 MIMO 파일롯 송신으로부터 도출된 추정을 평균냄에 의해 정확한 채널 응답 추정을 획득될 수 있다.

사용자 단말기는 이후 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답 추정

(k∈K)을 분해하여 대각행렬

과 단위 행렬

을 얻는다(블록 526). 행렬

는

의 좌측 고유벡터를 포함하고,

는

의 우측 고유벡터를 포함한다. 따라서 행렬

은 하향링크를 통해 수신된 데이터 송신뿐만 아니라 상향링크를 통해 송신될 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위해 사용자 단말기에 의해 사용될 수 있다.

수학식(31)에 나타낸 바와 같이 사용자 단말기는 이후 행렬

에 있는 고유벡터를 이용하여 액세스 포인트로 상향링크를 통해 스티어링 레퍼런스를 송신한다(블록 530). 액세스 포인트는 상향링크 스티어링 레퍼런스를 수신 및 처리하여 대각행렬

과 단위 행렬

(k∈K)을 얻는다(블록 532). 행렬

는

의 좌측 고유벡터를 포함하고,

는

의 우측 고유벡터를 포함한다. 따라서 행렬

는 상향링크를 통해 수신된 데이터 송신뿐만 아니라 하향링크를 통해 송신될 데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위해 액세스 포인트에 의해 사용될 수 있다.

행렬

(k∈K)는 상향링크 스티어링 레퍼런스의 추정에 기반하여 얻어지며, 이후 캘리브레이션된 하향링크 채널 응답의 추정을 기초로 얻어지는 고유벡터를 가지고 생성된다. 따라서

는 유효하게 추정의 추정이 된다. 액세스 포인트는 상향링크 스티어링 레퍼런스 송신을 평균화하여 실제 U _ap(k)의 보다 정밀한 추정을 얻는다.

사용자 단말기와 액세스 포인트가 행렬

및

를 각각 얻으면, 데이터 송신이 하향링크 및/또는 상향링크를 통해 수행될 수 있다. 하향링크 데이터 송신의 경우, 액세스 포인트는

의 우측 고유벡터의 행렬

을 가지고 심볼에 대해 공간 처리를 수행하여 사용자 단말기에 송신한다(블록 540). 이후 사용자 단말기는 행렬

로 하향링크 데이터 송신을 수신하고 공간적으로 처리하며, 여기서 행렬

는

의 좌측 고유벡터의 행렬

의 공액 전치행렬이다(블록 542). 상향링크 데이터 송신의 경우 사용자 단말기는

의 우측 고유벡터의 행렬

을 가지고 심볼에 대해 공간 처리를 수행하여 액세스 포인트에 송신한다(블록 550). 액세스 포인트는 행렬

과 함께 상향링크 데이터 송신을 수신하여 공간적으로 처리하며, 여기서 행렬

는

의 좌측 고유벡터의 행렬

의 공액 전치행렬이다(블록 552).

액세스 포인트 또는 사용자 단말기에 의해 종료될 때까지 하향링크 및/또는 상향링크 데이터 송신이 계속될 수 있다. 사용자 단말기가 휴지상태(idle)인 동안(즉 데이터의 송수신이 없는 경우), MIMO 파일롯 및/또는 스티어링 레퍼런스는 여전히 송신되어 액세스 포인트와 사용자 단말기가 상향링크와 하향링크의 최신의 추정을 각각 유지할 수 있도록 한다. 이는 데이터 송신이, 재개되는 경우, 신속하게 시작할 수 있게 한다.

명확화를 위해, 채널 추정 및 공간 처리 기술에 대해 특정 실시예를 통해 설명하고 있으며, 이 특정 실시예에서 사용자 단말기는 하향링크 MIMO 파일롯에 기반하여 캘리브레이션된 하향링크 채널응답을 추정하고, 특이치 분해를 수행한다. 채널 추정 및 특이치 분해는 또한 액세스 포인트에 의해 수행될 수도 있으며, 이것 또한 본 발명의 범위내에 있다. 일반적으로, TDD 시스템을 위한 가역 채널 때문에, 채널 추정은 단지 링크의 일 단부에서만 수행될 필요가 있다.

본 명세서에서 설명하는 기술은 캘리브레이션과 함께 또는 캘리브레이션 없이 사용될 수도 있다. 캘리브레이션은 채널 추정 기능을 향상시키도록 수행될 수 있는데, 이는 시스템 성능을 개선할 수 있다.

본 명세서에서 설명하는 기술은 광대역 고유모드 간의 송신 전력 할당을 위한 워터 필링(water-filling), 각 광대역 고유모드의 서브밴드 간의 송신전력 할당을 위한 채널 반전과 같은 다른 공간 처리기술과 연관하여 사용할 수도 있다. 채널반전 및 워터 필링은 전술된 미국특허출원 제60/421,309호에 설명되어 있다.

본 명세서에서 설명하는 채널 추정 및 공간 처리 기술은 여러 가지 수단으로 구현될 수 있다. 예를들면, 이들 기술은 하드웨어 또는 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어의 구현의 경우, 본 명세서에서 설명하는 기술을 구현하기 위해 사용되는 엘리먼트는 하나 이상의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit: 주문형 반도체), DSPD(Digital Signal Processing Devices: 디지털 신호 처리 디바이스), PLD(Programmable Logic Devices:프로그래머블 로직 디바이스), FPGA(Field Programmable Gate Arrays: 필드 프로그래머블 게이트 어레이), 프로세서, 제어기, 마이크로제어기, 마이크로프로세서, 본 명세서에서 설명하는 기능을 수행할 수 있는 다른 전자 유닛들, 또는 이들의 임의의 조합 내에서 구현될 수 있다.

소프트웨어 구현의 경우, 채널 추정 및 공간 처리 기술은 본 명세서에서 설명하는 기능을 수행하는 모듈(예를들면 프로시저들, 기능들 등)들을 사용하여 구현된다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛(예를들면 도 1의 메모리 유닛 132, 182)에 저장되고, 프로세서(예를들면 제어기130, 180)에 의해 실행된다. 메모리 유닛은 프로세서 내에서 혹은 프로세서에 대해 외부에서 구현될 수 있으며, 여기서 메모리 유닛은 공지된 다양한 수단들을 통해 상기 프로세서에 결합하여 통신할 수 있다.

도입부는 본 명세서에서 참조용으로, 그리고 특정부분을 위치시키는데 조력하도록 포함된다. 이들 도입부는 본 발명에서 설명된 개념들의 범위를 제한하도록 의도되지 아니하며, 이들 개념들은 본 발명의 전반에 걸쳐 다른 부분들에서의 응용가능한 개념들을 가지고 있다.

이상의 개시된 실시예의 설명은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 본 발명을 제조, 이용할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들의 다양한 수정들은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 자명할 것이며, 본 발명에서 한정된 일반적인 원리들은 본 발명이 범위 또는 사상에서 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 제시된 실시예들에 제한되는 것으로 의도되는 것이 아니라, 본 명세서에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 부합하는 가장 넓은 범위에 따라야 한다.

Claims

무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 공간 처리 수행 방법으로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터(eigenvector)를 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신되는 제1송신을 처리하는 단계; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2송신을 위한 공간 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1링크를 통해 수신되는 제3송신에 대한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제3송신에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1송신은 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드에서 수신된 스티어링(steered) 파일롯인, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1송신은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들로 구성되는 MIMO 파일롯이며, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한. 공간 처리 수행 방법.
제4항에 있어서,

제1송신을 처리하는 단계는,

상기 MIMO 파일롯에 기반하여 상기 제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻는 단계; 및

상기 제1링크 및 상기 제2링크를 위한 공간 처리에 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 채널 응답 추정을 분해(decompose)하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제5항에 있어서,

상기 제1링크를 위한 채널 응답 추정은 특이치 분해(singular value decomposition)를 이용하여 분해되는, 공간 처리 수행 방법.
제4항에 있어서,

상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 스티어링 파일롯을 생성하기 위해 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2송신은 상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 하나의 고유모드를 통한 송신을 위해 하나의 고유벡터를 사용하여 공간적으로 처리되는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2송신은 상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 하나의 고유모드를 통한 송신을 위해 정규화된(normalized) 고유벡터를 사용하여 공간적으로 처리되며, 상기 정규화된 고유벡터는 동일한 크기를 갖는 복수의 엘리먼트들을 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1송신은 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 하나의 고유모드를 위해 정규화된 고유벡터를 사용하여 생성된 스티어링 파일롯이며, 상기 정규화된 고유벡터는 동일한 크기를 갖는 복수의 엘리먼트들을 포함하며, 상기 제1링크 및 상기 제2링크를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 하나의 고유벡터가 얻어지는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1링크를 위한 채널 응답 추정이 상기 제2링크를 위한 채널 응답 추정의 가역적(reciprocal)이 되도록 상기 제1링크 및 상기 제2링크를 캘리브레이션(calibrate)하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제11항에 있어서,

상기 캘리브레이션하는 단계는,

상기 제1링크 및 상기 제2링크를 위한 채널 응답 추정들에 기반하여 상기 제1링크를 위한 정정 인자(correction factor)들을 얻는 단계; 및

상기 제1링크 및 상기 제2링크를 위한 채널 응답 추정들에 기반하여 상기 제2링크를 위한 정정 인자들을 얻는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제1항에 있어서,

상기 TDD MIMO 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 이용하며, 상기 제1송신을 위한 처리와 상기 제2송신을 위한 상기 공간 처리는 복수의 서브밴드(subband)들 각각에 대해 수행되는, 공간 처리 수행 방법.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신되는 제1송신을 처리하기 위한 수단; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제14항에 있어서,

상기 제1링크를 통해 수신되는 제3송신에 대한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제3송신에 대해 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 더 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제14항에 있어서,

상기 제1송신은 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드에서 수신된 스티어링된 파일롯인, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제14항에 있어서,

상기 제1송신은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들로 구성되는 MIMO 파일롯이며, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제17항에 있어서,

상기 MIMO 파일롯에 기반하여 상기 제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻기 위한 수단; 및

상기 제1링크 및 상기 제2링크를 위한 공간 처리에 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 채널 응답 추정을 분해하기 위한 수단을 더 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신되는 제1송신을 처리하도록 동작하는 제어기; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2송신을 위한 공간 처리를 수행하도록 동작하는 송신 공간 프로세서를 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제19항에 있어서,

상기 제1링크를 통해 수신되는 제3송신에 대한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제3송신에 대해 공간 처리를 수행하도록 동작하는 수신 공간 프로세서를 더 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제19항에 있어서,

상기 제1송신은 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드에서 수신된 스티어링된 파일롯인, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제19항에 있어서,

상기 제1송신은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들로 구성되는 MIMO 파일롯이며, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제22항에 있어서,

상기 제어기는 상기 MIMO 파일롯에 기반하여 상기 제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻고, 상기 채널 응답 추정을 분해하여 상기 제1링크 및 상기 제2링크에 대한 공간 처리에 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻도록 추가적으로 동작하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 공간 처리 수행 방법으로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신된 MIMO 파일롯을 처리하는 단계 ― 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능함 ―;

상기 제1링크를 통해 수신되는 제1데이터 송신을 위한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하는 단계; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제24항에 있어서,

상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 스티어링된 파일롯을 생성하기 위해 상기 고유벡터들 중 적어도 하나를 사용하여 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제24항에 있어서,

정정 인자들을 얻기 위해 캘리브레이션을 수행하는 단계; 및

상기 제2링크를 통한 송신에 앞서 상기 정정 인자들을 사용하여 상기 제2데이터 송신을 스케일링하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제24항에 있어서,

상기 TDD MIMO 통신 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)를 이용하며, 상기 공간 처리는 복수의 서브밴드들 각각에 대해 수행되는, 공간 처리 수행 방법.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신된 MIMO 파일롯을 처리하기 위한 수단 ― 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능함 ―;

상기 제1링크를 통해 수신되는 제1데이터 송신을 위한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하기 위한 수단; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제28항에 있어서,

상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 스티어링된 파일롯을 생성하기 위해 상기 고유벡터들 중 적어도 하나를 사용하여 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 더 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제28항에 있어서,

정정 인자들을 얻기 위해 캘리브레이션을 수행하기 위한 수단; 및

상기 제2링크를 통한 송신에 앞서 상기 정정 인자들을 사용하여 상기 제2데이터 송신을 스케일링하기 위한 수단을 더 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 복수의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신된 MIMO 파일롯을 처리하도록 동작하는 제어기 ― 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능함 ―;

상기 제1링크를 통해 수신되는 제1데이터 송신을 위한 데이터 심볼들을 복원하기 위해 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신되는 상기 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하도록 동작하는 수신 공간 프로세서; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 복수의 고유벡터들을 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하도록 동작하는 송신 공간 프로세서를 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제31항에 있어서,

상기 송신 공간 프로세서는 상기 제2링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 스티어링된 파일롯을 생성하기 위해 상기 고유벡터들 중 적어도 하나를 사용하여 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하도록 추가적으로 동작하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제31항에 있어서,

상기 제어기는 정정 인자들을 얻기 위해 캘리브레이션을 수행하도록 추가적으로 동작하고, 상기 송신 공간 프로세서는 상기 제2링크를 통한 송신에 앞서 상기 정정 인자들을 사용하여 상기 제2데이터 송신을 스케일링하도록 추가적으로 동작하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 공간 처리 수행 방법으로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통해 수신된 스티어링된 파일롯을 처리하는 단계;

상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신된 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하는 단계; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제34항에 있어서,

상기 제2링크를 통한 송신을 위한 MIMO 파일롯을 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한, 공간 처리 수행 방법.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통해 수신된 스티어링된 파일롯을 처리하기 위한 수단;

상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신된 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하기 위한 수단; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제36항에 있어서,

상기 제2링크를 통한 송신을 위한 MIMO 파일롯을 생성하기 위한 수단을 더 포함하며, 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템의 장치로서,

제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통해 수신된 스티어링된 파일롯을 처리하도록 동작하는 제어기;

상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 상기 제1링크를 통해 수신된 제1데이터 송신에 대해 공간 처리를 수행하도록 동작하는 수신 공간 프로세서; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 적어도 하나의 고유벡터를 사용하여 제2데이터 송신을 위한 공간 처리를 수행하도록 동작하는 송신 공간 프로세서를 포함하는, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
제38항에 있어서,

상기 송신 공간 프로세서는 상기 제2링크를 통한 송신을 위한 MIMO 파일롯을 생성하도록 추가적으로 동작하고, 상기 MIMO 파일롯은 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 복수의 파일롯 송신들을 포함하고, 각각의 송신 안테나로부터의 상기 파일롯 송신은 상기 MIMO 파일롯의 수신기에 의해 식별가능한, TDD MIMO 통신 시스템의 장치.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 공간 처리 수행 방법으로서,

MIMO 채널의 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 제1 스티어링된 파일롯을 생성하기 위해 상기 MIMO 채널의 상기 하나의 고유모드에 대한 정규화된 고유벡터를 사용하여 파일롯 심볼들에 대한 공간 처리를 수행하는 단계 ― 상기 정규화된 고유벡터는 동일한 크기를 갖는 복수의 엘리먼트들을 포함함 ―; 및

상기 MIMO 채널의 상기 하나의 고유모드를 통한 송신에 앞서, 상기 정규화된 고유벡터를 사용하여 데이터 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제40항에 있어서,

상기 MIMO 채널의 상기 하나의 고유모드를 통한 송신을 위한 제2 스티어링된 파일롯을 생성하기 위해 상기 하나의 고유모드에 대한 비정규화된(unnormalized) 고유벡터를 사용하여 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
무선 시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신 시스템에서의 공간 처리 수행 방법으로서,

복수의 서브밴드들 각각에 대하여 고유벡터들의 행렬을 얻기 위해 제1링크를 통해 수신되는 제1송신을 처리하는 단계 ― 고유벡터들의 복수의 행렬들은 상기 복수의 서브밴드들에 대하여 얻어지며, 상기 제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능함 ―; 및

상기 제2링크를 통해 데이터를 송신하기 전에 상기 고유벡터들의 복수의 행렬들을 사용하여 제2송신을 위한 공간 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제42항에 있어서,

각각의 행렬의 고유벡터들과 관련된 채널 이득들에 기반하여 각각의 행렬의 상기 고유벡터들을 오더링(ordering)하는 단계를 더 포함하는, 공간 처리 수행 방법.
제43항에 있어서,

상기 제2송신은 적어도 하나의 광대역 고유모드를 통해 송신되고, 상기 복수의 행렬들에 있는 고유 벡터들의 세트와 연관된 각각의 광대역 고유모드는 상기 오더링 이후 동일한 오더(order)를 가지는, 공간 처리 수행 방법.
시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 무선 채널 추정 방법으로서,

제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻기 위해 상기 제1링크를 통해 수신되는 파일롯 송신을 처리하는 단계; 및

상기 제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 고유벡터들의 행렬을 얻기 위해 상기 채널 응답 추정을 분해하는 단계를 포함하는, 무선 채널 추정 방법.
시분할 이중(TDD) 다중입력 다중출력(MIMO) 통신 시스템에서의 무선 채널 추정 방법으로서,

제1링크를 위한 MIMO 채널의 적어도 하나의 고유모드를 통해 스티어링된 파일롯을 수신하는 단계; 및

상기 제1링크를 통해 송신되는 데이터 및 제2링크를 통해 송신되는 데이터를 위한 공간 처리를 위해 사용가능한 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 수신된 스티어링된 파일롯을 처리하는 단계를 포함하는, 무선 채널 추정 방법.
제46항에 있어서,

상기 처리하는 단계는,

상기 스티어링된 파일롯을 생성하는데 사용된 파일롯 심볼들에 기인한 변조가 제거되도록 상기 수신된 스티어링된 파일롯을 복조하는 단계; 및

상기 적어도 하나의 고유벡터를 얻기 위해 상기 복조된 스티어링된 파일롯을 처리하는 단계를 포함하는, 무선 채널 추정 방법.
제46항에 있어서,

상기 적어도 하나의 고유벡터는 최소 평균 제곱 오차(MMSE : Mimimum Mean Square Error) 기술에 기반하여 얻어지는, 무선 채널 추정 방법.
제46항에 있어서,

복수의 고유벡터들이 얻어지고 상호 직교하도록 강제되는, 무선 채널 추정 방법.
액세스 포인트와 사용자 단말기를 포함하는 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법으로서,

캘리브레이션된 제1링크 및 캘리브레이션된 제2링크를 형성하기 위해 상기 액세스 포인트와 상기 사용자 단말기 사이에서 제1링크 및 제2링크를 포함하는 하나 이상의 통신 링크들을 캘리브레이션하는 단계;

상기 캘리브레이션된 제1링크를 통해 송신된 하나 이상의 파일롯들에 기반하여 상기 캘리브레이션된 제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻는 단계; 및

상기 하나 이상의 통신 링크들의 공간 처리에 사용가능한 하나 이상의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 채널 응답 추정을 분해하는 단계를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법.
제50항에 있어서,

상기 캘리브레이션하는 단계는,

상기 하나 이상의 통신 링크들을 위한 채널 응답들의 추정들에 기반하여 정정 인자들의 하나 이상의 세트들을 결정하는 단계; 및

상기 캘리브레이션된 제1링크 및 상기 캘리브레이션된 제2링크를 형성하기 위해 상기 제1링크 및 상기 제2링크에 상기 정정 인자들의 하나 이상의 세트들을 적용하는 단계를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법.
제50항에 있어서,

상기 캘리브레이션된 제1링크를 위한 상기 채널 응답 추정을 분해하는 단계로부터 얻어진 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 상기 제1링크 및 상기 제2링크를 통한 데이터 송신들을 위한 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법.
제52항에 있어서,

상기 공간 처리를 수행하는 단계는 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 상기 제2링크를 통해 스티어링된 레퍼런스를 송신하는 단계를 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법.
제53항에 있어서,

상기 스티어링된 레퍼런스를 생성하기 위해 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 하나 이상의 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 방법.
액세스 포인트와 사용자 단말기를 포함하는 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치로서,

캘리브레이션된 제1링크 및 캘리브레이션된 제2링크를 형성하기 위해 상기 액세스 포인트와 상기 사용자 단말기 사이에서 제1링크 및 제2링크를 포함하는 하나 이상의 통신 링크들을 캘리브레이션하기 위한 수단;

상기 캘리브레이션된 제1링크를 통해 송신된 하나 이상의 파일롯들에 기반하여 상기 캘리브레이션된 제1링크를 위한 채널 응답 추정을 얻기 위한 수단; 및

상기 하나 이상의 통신 링크들의 공간 처리에 사용가능한 하나 이상의 고유벡터들을 얻기 위해 상기 채널 응답 추정을 분해하기 위한 수단을 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치.
제55항에 있어서,

상기 캘리브레이션하기 위한 수단은,

상기 하나 이상의 통신 링크들을 위한 채널 응답들의 추정들에 기반하여 정정 인자들의 하나 이상의 세트들을 결정하기 위한 수단; 및

상기 캘리브레이션된 제1링크 및 상기 캘리브레이션된 제2링크를 형성하기 위해 상기 제1링크 및 상기 제2링크에 상기 정정 인자들의 하나 이상의 세트들을 적용하기 위한 수단을 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치.
제55항에 있어서,

상기 캘리브레이션된 제1링크를 위한 상기 채널 응답 추정의 분해로부터 얻어진 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 상기 제1링크 및 상기 제2링크를 통한 데이터 송신들을 위한 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치.
제57항에 있어서,

상기 공간 처리를 수행하기 위한 수단은 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 상기 제2링크를 통해 스티어링된 레퍼런스를 송신하기 위한 수단을 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치.
제58항에 있어서,

상기 스티어링된 레퍼런스를 생성하기 위해 상기 하나 이상의 고유벡터들을 사용하여 하나 이상의 파일롯 심볼들에 대해 공간 처리를 수행하기 위한 수단을 더 포함하는, 무선 통신 시스템에서 데이터 처리를 수행하기 위한 장치.