KR101072892B1

KR101072892B1 - 다중 안테나 시스템들을 위한 상이한 폐-루프, 개방-루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101072892B1
Application number: KR1020097010798A
Authority: KR
Inventors: 빈코 에르켁; 마크 켄트; 김준석
Original assignee: 브로드콤 코포레이션
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2011-10-17
Also published as: KR20100023791A; HK1137577A1; US8320487B2; WO2009003035A3; EP2171904A2; CN101617490B; WO2009003035A2; CN101617490A; US20090003475A1

Abstract

다중 안테나 시스템을 위한 상이한 폐루프, 개방 루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템의 측면들은 풀 피드백 정보(full feedback information), 감소된 양의 피드백 정보(reduced quantity feedback information) 또는 무 피드백 정보(no feedback information)중에서 선택된 것에 기반하여 통신 매체를 통해 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성할 수 있는 송신 스테이션을 포함할 수 있다. 상기 선택은 결정된 도플러 천이 주파수(Doppler shift fequency)에 기반하여 송신 스테이션에서 결정될 수 있다.

Description

다중 안테나 시스템들을 위한 상이한 폐-루프, 개방-루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR ADAPTATION BETWEEN DIFFERENT CLOSED-LOOP, OPEN-LOOP AND HYBRID TECHNIQUES FOR MULTIPLE ANTENNA SYSTEMS}

본 발명의 몇몇 실시예들은 무선 통신에 관한 것이다. 좀더 상세하게는, 본 발명의 몇몇 실시예들은 다중 안테나 시스템을 위한 상이한 폐-루프, 개방-루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

다중 입력 다중 출력(MIMO:multiple input multiple output) 통신 시스템은 N_TX>1 송신 안테나들을 이용하여 무선 통신 매체를 통해 신호들을 송신하는 송신기 스테이션(transmitter station), 및 신호들을 수신하기 위해 N_RX≥1 수신 안테나들을 이용하는 수신기 스테이션(receiver station)을 포함한다. 이러한 시스템을 N_TX×N_RX MIMO 시스템이라고 한다. 이에 비하여, N_TX=1을 이용하여 신호들을 송신하는 송신기 스테이션, 및 신호들을 수신하기 위해 N_RX=1 수신 안테나들을 이용하는 수신기 스테이션을 포함하는 통신 시스템은 단일 입력 단일 출력(SISO: single input single output) 통신 시스템이라고 한다. MIMO 통신 시스템에서 송신 스테이션들(transmitting stations))은 N_SS≥1 구분 데이터(distinct data) 스트림 또는 공간 스트림들(spatial streams)로부터 수신된 데이터를 포함하는 신호들을 동시에 송신하기 위한 복수의 N_TX송신 안테나들을 이용한다. 상기 송신 스테이션에서 공간 시간 코딩(space time coding)이 이용되는 경우들에서, 상기 N_SS 공간 코드(spatial code)들은 N_STS≥1 공간 시간 코드들을 생성하는데 이용될 수 있으며, 상기 N_STS≥1 공간 시간 코드들은 NTX≥1에 의해 동시에 송신될 수 있는 신호들을 생성하는데 이용될 수 있다.

MIMO 통신 시스템에서, 복수의 RF(radio frequency) 채널들은 상기 송신 스테이션 및 상기 수신 스테이션 사이에서 동시에 존재할 수 있다. 예컨대, 동시 송신용 N_TX 송신 안테나들의 각각은 N_RX 수신 안테나들의 각각에 대하여 RF 채널을 수립할 수 있다. 이들 채널들의 각각을 공간 채널(spatial channel)이라고 한다. 결과적으로 N_TX×N_RX MIMO 시스템은 복수의 (N_TX)×(N_RX) 공간 채널들을 지원한다. 직교 주파수 분할 다중화(orthogonal frequency division multiplexing: OFDM)을 이용하는 MIMO 시스템들에서는, 복수의 f_c 구별 주파수 캐리어들, 또는 톤들(tones)이 RF 채널 대역폭내에서 이용될 수 있다. f_c 톤들의 각각은 각 RF 공간 채널을 통해 동시에 송신될 수 있다. 예컨대, OFDM을 이용하는 IEEE 802.11n WLAN 시스템들에서, 20MHz 대역폭의 경우 f_c=56 또는 40MHz 대역폭의 경우 f_c=112이 이용될 수 있다. 주어진 RF 공간 채널내에서, 상기 각 톤들은 RF 서브채널이라고 할 수 있다. 따라서, N_TX×N_RX MIMO 시스템은 복수의 (f_c)×(N_TX)×(N_RX) RF 서브채널들을 지원한다.

MIMO 통신 시스템은 SISO 통신 시스템들에 관하여 통신 처리량(데이터가 통신되는 속도, 예컨대 BPS(bits per second)로 측정됨)을 증가시키기 위해 및/또는 통신 신뢰성(예컨대 BER(bit error rate)에 의해 측정됨)을 증가시키기 위해 이용될 수 있다. N_TX=N_SS=N_RX인 경우들에서, 상기 MIMO 통신 시스템은 송신 스테이션과 수신 스테이션 사이에서 총 데이터 전달 비율(aggregate data transfer rate)를 극대화할 수 있다. N_TX>N_SS 및 N_RX≥N_SS인 경우들에서, 상기 MIMO 통신 시스템은 다이버시티 송신(diversity transmission)을 이용함으로써 통신 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 다이버시티 송신 시스템에서, 주어진 공간 스트림으로부터의 데이터는 복수의 송신 안테나들을 통해 동시에 송신될 수 있다. N_SS=1의 경우들에서, 상기 MIMO 통신 시스템은 다이버시티 최대화를 이용할 수 있다.

아울러, MIMO 통신 시스템은 공간 시간 블록 코딩(STBC : space time block coding) 또는 공간 주파수 블록 코딩(SFBC : space frequency block coding)과 같은 STC 기법들을 통해 다이버시티 송신을 달성할 수 있다. STC를 이용하는 MIMO 통신 시스템에서, N_SS 공간 스트림들-그 각각은 데이터 심볼들의 시퀀스 또는 코드워드(codeword)를 포함할 수 있음-은 N_STS 공간 시간 스트림들내로 변환된다. 상기 N_STS 공간 시간 스트림들은 N_TX 송신 안테나들이 T_STC 시간 단위들의 시간 기간을 통해 총 L 코드워드들을 포함하는 신호들을 송신하게 할 수 있다. 여기에서 T_STC는 STC 프로세싱을 위한 시간 기간을 의미한다. STBC MIMO 통신 시스템에서, 주어진 코드워드, 코드워드의 변환된 버전(예컨대, 복소수 쌍 버전)은 상기 N_TX 송신 안테나들중 다른 하나로부터 각 송신이 발생하여 T_STC 시간 기간내에서 여러 차례 전송된다.

데이터 속도 극대화 또는 다이버시티 송신 중 하나에 대하여 처리량을 증가시키기 위해, 상기 송신 스테이션은 수신 스테이션의 방향으로 송신 에너지를 집중시키는 것을 시도할 수 있다. 송신 에너지를 집중시키면 수신 스테이션에서 수신되는 신호들의 신호대 잡음비(SNR : signal to noise ratio)가 증가된다. 상기 SNR 비율을 증가시킴에 의해, 상기 송신 스테이션은 RF 채널들의 데이터 운반 용량(data-carry capacity)을 증가시킬 수 있으며, 그에 의해 잠재적인 처리량을 증가시킬 수 있다. 송신 스테이션은 빔포밍(beamforming)이라는 기술에 의해 송신 에너지를 집중시킬 수 있다. 송신 스테이션은 송신 스테이션과 수신 스테이션 사이에서 무선 통신 매체를 통한 RF 채널들의 전파 경로의 특성을 평가함으로써 빔포밍된 신호들을 생성할 수 있다. 송신 스테이션은 채널 추정값들(channel estimates)의 계산을 통해 이 평가를 달성할 수 있다.

폐 루프 MIMO 통신 시스템에서, 송신기 스테이션(transmitter station)은 수신기 스테이션(receiver station)으로부터 수신된 피드백 정보에 기반하여 채널 추정값들을 계산할 수 있다. 상기 수신기 스테이션은 상기 송신기 스테이션으로부터 수신된 신호들에 기반하여 채널 추정값들을 계산할 수 있다. 상기 계산된 채널 추정값들은 채널 상태 정보(CSI : channel state information)라고 할 수 있다. 상기 CSI는 채널 추정 행렬 H로 표현될 수 있다. 상기 수신기 스테이션은 상기 피드백 정보내에서 상기 송신기 스테이션에 채널 추정 행렬 H를 통신할 수 있다. 상기 송신기 스테이션은 상기 수신기 스테이션에 송신되는 빔포밍된 신호들을 생성하기 위해 피드백된 채널 추정 행렬을 이용할 수 있다.

폐루프 MIMO 통신 시스템에서의 한가지 제한점은, 송신기 스테이션에 수신기 스테이션으로부터 송신되는, 오버헤드(overhead)를 나타내는 피드백 정보의 양이다. 상기 오버헤드의 양은 데이터 통신을 위한 가용 채널 용량을 감소시킨다. 따라서, 상기 오버헤드는 RF 채널 처리량(channel throughput)을 감소시킨다. 채널 추정 행렬 H는 복수의 (f_c)×(N_TX)×(N_RX) 행렬 요소들, 하나의 행렬, hij, 수신기 스테이션에서의 j번째 수신 안테나에 대한 송신기 스테이션에서 i번째 송신 안테나 사이에서의 각 RF 공간 채널에 대한 요소를 포함할 수 있다. 또한, OFDM을 이용하는 MIMO 통신 시스템에서, 각 h_ij 행렬 요소에 대하여, f_c행렬 요소들이 있는데, 각 OFDM 톤에 대하여 하나이다. 각 행렬 요소가 n_h 비트 이진 워드에 의해 표현되는 경우들에서, 채널 추정 행렬 H에 기인한 피드백 정보 양은 (n_h)×(f_c)×(N_TX)×(N_RX)비트들이다.

폐루프 MIMO 통신 시스템은 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션이 움직이지 않을 때(stationary), 개방 루프 MIMO 통신에 비하여 송신기 스테이션으로부터 수 신기 스테이션에 이르는 전파 경로를 보다 정확하게 특정하게 할 수 있다. 폐루프 MIMO 통신 시스템에서의 또 하나의 제한점은, 송신기 스테이션 및/또는 수신기 스테이션이 이동중이거나, 주변 환경이 동적일 경우에, CSI 피드백 데이터가 실효(stale)되는 경향성에 있다. 이동성(mobility)의 경우에, 움직임(motion)은 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션 사이에서의 전파 경로의 특성에 변화를 유발할 수 있다. 그러한 경우들에서, 송신기 스테이션은 수신기 스테이션으로부터 이전에 수신되어 RF 채널의 정확한 표현을 더 이상 제공하지 않는 CSI의 이용을 마칠 수 있다. 이러한 CSI는 실효되었다(being stale)고 한다. 빔포밍된 신호들을 생성하기 위해 송신 스테이션에서 실효된 CSI를 사용하는 것은 처리량을 감소시킬 수 있다. 그러나, 수신기 스테이션이 송신기 스테이션에 업데이트된 CSI를 송신하는 주파수를 증가시킴으로써 CSI 실효(staleness)의 경향성을 보상하려는 시도는 오버헤드를 증가시키고 가용 처리량을 감소시킨다.

개방 루프 MIMO 통신 시스템에서, 송신기 스테이션은 수신 스테이션(receiving station)으로부터 수신된 피드백 정보를 사용하지 않고 신호들을 송신할 수 있다. 개방 루프 MIMO 통신 시스템들에서 송신기 스테이션들은 일반적으로 STC를 이용한다.

종래의 일반적인 접근들의 또다른 제한점들 및 단점들은 도면을 참조하여 본 출원의 나머지 부분에서 전개될 본 발명의 몇몇 측면들을 가지는 시스템들과의 비교를 통해 해당 분야의 숙련된 자에게 명확해질 것이다.

다중 안테나 시스템들을 위한 상이한 폐-루프, 개방-루프 및 하이브리드 기술들 사이에서의 적응을 위한 방법 및 시스템이 실질적으로 적어도 하나의 도면들과 연관하여 보여지거나 설명되고, 청구범위에서 보다 완전하게 전개된다.

본 발명의 여러가지 장점, 측면 및 신규한 특징들은 그 실시예에서 상세하게 설명될 뿐 아니라, 다음의 설명 및 도면들로부터 보다 완전하게 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예와 연계하여 사용될 수 있는 예시적인 무선 통신 시스템이다.

도 2는 본 발명의 일실시예와 연계하여 사용될 수 있는 예시적인 송수신기이다.

도 3은 본 발명의 일실시예와 연계하여 사용될 수 있는 채널 피드백을 도시하는 예시적인 도면이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 천이 주파수에 기반한 동작 체제 선택을 위한 예시적인 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 다이버시티 송신을 가지는 STBC의 예시적인 블록도이다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 송신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계들을 설명하는 흐름도이다.

도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 송신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계들을 설명하는 흐름도이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 수신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계들을 설명하는 흐름도이다.

본 발명의 몇몇 실시예들은 다중 안테나 시스템들을 위한 상이한 폐-루프, 개방-루프 및 하이브리드 기술들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템에서 발견될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들이 포함하는 방법 및 시스템에 의하면, MIMO 통신 시스템내의 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션은 동작 체제를 선택적으로 결정할 수 있으며, 그 동작체제하에서 송신기 스테이션은 검출된 도플러 천이 주파수(Doppler shift frequency)에 기반하여 신호들을 생성하게 된다. 상기 선택된 동작 체제들은 a) 개방 루프 동작, b) 폐 루프 동작 및 c)하이브리드 동작을 포함한다.

개방 루프 동작에서, 수신기 스테이션은 송신기 스테이션에 피드백 CSI를 보내지 않는다. 송신기 스테이션은 수신기 스테이션으로부터 수신된 신호들에 기반하여 채널 추정 행렬을 계산하고, 빔포밍된 신호들을 생성하기 위해 그 계산된 채널 추정 행렬을 이용할 수 있으며, 상기 빔포밍된 신호들은 수신기 스테이션에 송신된다. 따라서, 송신기 스테이션은 채널 추정값들을 계산할 수 있으며, 그 채널 추정값들은 수신기 스테이션으로부터 송신기 스테이션에 이르는 전파 경로를 따라가는 신호들에 기반하여 송신기 스테이션으로부터 수신기 스테이션에 이르는 전파 경로를 특징화하는데 사용된다. 송신기 스테이션은 상기 계산된 채널 추정 행렬에 기반하여 빔포밍 가중값들(beamforming weights)을 생성할 수 있다. 상기 빔포밍 가중 값들은 송신기 스테이션에서 빔포밍된 신호들을 생성할 수 있게 하는데 이용될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 송신기 스테이션 및/또는 수신기 스테이션은 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션 사이에서 RF 채널들을 통해 송신되는 신호들을 위한 도플러 천이 주파수를 결정할 수 있다. 임계값(theshold value) D_open보다 큰 도플러 천이 주파수들에 대하여, 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션은 개방 루프 동작을 이용할 수 있다. 이와 달리, 개방 루프 동작에서, 송신기 스테이션은 계산된 채널 추정값들을 사용하지 않고 예컨대 STBC 및/또는 SFBC에 기반하여 공간 시간 코딩(STC : space-time coded) 신호들을 생성할 수 있다.

폐루프 동작에서, 수신기 스테이션은 송신기 스테이션으로부터 수신된 신호들에 기반하여 채널 추정 행렬을 계산한다. 수신기 스테이션은 계산된 채널 추정 행렬에 기반하여 CSI 및/또는 빔포밍 가중값들을 생성할 수 있다. 상기 CSI 및/또는 빔포밍 가중값 데이터(weight data)의 양은 풀(full) FI로서 불리며, D[FI_Full]로 표시될 수 있다. 수신기 스테이션은 피드백 데이터내에서 송신기 스테이션에 풀(full) FI를 송신할 수 있다. 송신기 스테이션은 수신기 스테이션에 송신될 빔포밍된 신호들을 생성하기 위하여 전적으로 또는 부분적으로 풀 FI를 이용할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 임계값 D_closed보다 작은 도플러 천이 주파수들에 대하여, 송신기 스테이션 및 수신기 스테이션은 폐 루프 동작을 이용할 수 있다.

하이브리드 동작에서, 수신기 스테이션은 상기 계산된 채널 추정 행렬에 기 반하여 감소된 양의 피드백 정보(reduced quantity feedback information)(FI)를 계산할 수 있다. 상기 감소된 양의 피드백 정보는 D[FI_Full]내에 포함된 CSI 및/또는 빔포밍된 가중값 데이터의 양과 비교하여 감소된 양의 CSI 및/또는 빔포밍 가중값 데이터를 포함할 수 있다. 상기 감소된 양의 FI는 D[FI_Reduced]로 표현될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에서, D[FI_Reduced]<D[FI_Full]이다. 수신기 스테이션은 피드백 데이터내에서 송신기 스테이션에 상기 감소된 양의 FI를 송신할 수 있다. 송신기 스테이션은 수신기 스테이션에 송신될 신호들을 생성하기 위해 상기 감소된 양의 FI를 이용할 수 있다. 상기 생성된 신호들은 빔포밍, STC 또는 빔포밍과 STC의 조합을 이용하여 생성될 수 있다. 송신기 스테이션은 수신된 상기 감소된 양의 FI에 기반하여 하나 또는 그 이상의 빔포밍 가중값을 계산할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 저 임계값(low threshold value) D_closed보다 크고, 고임계값(high threshold value) D_open보다 낮은 큰 도플러 천이 주파수들에 대하여, 송신 스테이션 및 수신 스테이션은 하이브리드 동작을 이용할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 하이브리드 동작을 이용하는 것은 수신 스테이션에 의해 감소된 양의 FI가 송신되는 주파수를 증가시킴에 의해, 송신 스테이션이 실효된(stale) FI에 기반하여 빔포밍된 신호들을 생성하는 경향성을 피하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 연계하여 사용될 수 있는 예시적인 무선 통신 시스템이다. 도 1을 참조하면, 액세스 포인트(AP)(102), 무선랜 스테이션(WLAN STA)(104), 및 네트워크(108)(예컨대 인터넷)가 나타나 있다. AP(102) 및 STA(104)는 하나 또는 그 이상의 무선 주파수(RF) 채널(106)을 통해 무선으로 통신할 수 있다. AP는 상기 네트워크(108)에 통신가능하게 결합될 수 있다. AP(102), STA(104) 및 네트워크(108)는 하나 또는 그 이상의 IEEE 802 표준들, 예컨대 IEEE 802.11에 기반하여 통신을 가능하게 할 수 있다.

STA(104)는 상향 링크 채널을 통해 신호들을 송신함에 의해 AP(102)와 통신하는 RF 채널(106)을 이용할 수 있다. 상기 송신된 상향 링크 채널 신호들은 IEEE 802.11와 같은 적절한 표준들에 의해 결정된 대로 채널과 연관된 하나 또는 그 이상의 주파수를 포함할 수 있다. STA(104)는 하향 링크 채널을 통해 AP(102)로부터 신호들을 수신하기 위해 RF 채널(106)을 이용할 수 있다. 마찬가지로, 상기 수신된 하향 채널들은 IEEE 802.11과 같은 적절한 표준에 의해 결정된 대로 채널과 연관된 하나 또는 그 이상의 주파수들을 포함할 수 있다.

폐루프 동작을 이용하는 본 발명의 예시적인 실시예에서, 상기 AP(102)는 복수의 하향 링크 RF 채널들을 통해 STA(104)에 빔포밍된 신호들을 송신하기 위해 N_TX=4 송신 안테나들을 이용할 수 있다. 상기 AP(102)는 상기 송신된 신호들을 생성하기 위해 OFDM을 이용할 수 있다. 각 RF 채널은 20MHz 채널 대역폭을 가질 수 있으며, 상기 RF 채널 대역폭내에서 f_c=56 톤들(tones)을 이용할 수 있다. STA(104)는 상기 신호들을 수신하기 위해 N_RX=1 수신 안테나들을 이용할 수 있다. 해당 4×1 MIMO 통신 시스템은 4 RF 공간 채널들을 포함할 수 있으며, 그 각각은 56 서브채널들을 포함할 수 있다. STA(104)는 하향 링크 채널을 통해 상기 AP(102)로부터 수신된 신호들에 기반하여 채널 추정 행렬 H_down을 계산할 수 있다. 상기 계산된 채널 추정 행렬은 56×4×1=256 행렬 요소들을 포함할 수 있다. 상기 채널 추정 행렬 H_down은 AP(102)에 의해 송신되고, STA(104)에서 수신된 신호들을 위한 신호 전파 경로를 특징짓는 데이터를 포함할 수 있다. 상기 STA(104)는 상향 링크 RF 채널을 통해 AP(102)에 채널 추정 행렬 H_down을 송신하기 위해 CSI 피드백 데이터를 생성할 수 있다. 채널 추정 행렬 H_down 내의 각 행렬 요소들이 8비트 이진 워드로 표현되는 예시적인 경우에, 데이터 D[FI_Full]의 양은 256 옥텟(octets)이다. 상기 STA(104)는 또한 빔포밍 가중값 데이터를 생성할 수 있다. 그러한 경우에, 데이터 D[FI_Full]의 양은 채널 추정 행렬(H_down)로부터의 데이터량 및/또는 빔포밍 가중값 데이터를 포함하는 데이터량에 기반하여 결정될 수 있다. AP(102)는 STA(104)에 송신되는 빔포빙된 신호들을 연속적으로 생성하기 위해 상기 수신된 피드백 데이터를 이용할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들은 다양한 무선 통신 장치들과 연계하여 실행될 수 있으며, 이러한 무선 통신 장치들에는 무선 통신을 위한 장치를 구비하는 랩톱 컴퓨터 및/또는 스마트폰 장치들과 같은 다양한 이동 핸드셋 장치들이 있다.

도 2는 본 발명의 일실시예와 연계하여 이용될 수 있는 예시적인 송수신기이다. 도 2를 참조하면, 송수신기 시스템(200), 복수의 수신 안테나들(222a...222n) 및 복수의 송신 안테나들(232a...232n)(송신기 및 수신기가 동일 안테나를 사용할 수 도 있다.)이 나타나 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, AP(102) 및/또는 STA(104)는 각각 송수신기 시스템(200)을 포함할 수 있는데, 송수신기 시스템(200)은 AP(102) 및 STA(104)가 MIMO 통신 시스템내에서 통신가능하게 한다. 송수신기 시스템(200)은 적어도 수신기(202), 송신기(204), 프로세서(206), 및 메모리(208)를 포함한다. 비록 도 2에 송수신기가 되시되어 있지만, 송신 및 수신 기능들은 분리되어 구현될 수 있다. 예컨대, AP(102) 및/또는 STA(104)는 적어도 수신기(202), 프로세서(206) 및 메모리(208)를 포함하는 수신기 시스템과, 적어도 송신기(204), 프로세서(206), 및 메모리(208)를 포함하는 송신기 시스템을 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예에서, 상기 프로세서(206)는 적용가능한 통신 표준들에 따라 디지털 수신기 및/또는 송신기 기능들을 가능하게 할 수 있다. 상기 프로세서는 수신된 데이터에 대한 다양한 처리 작업들도 수행할 수 있다. 상기 처리 작업들은 무선 통신 매체를 특징짓는 채널 추정값의 계산, 수신된 데이터내의 패킷 경계들을 묘사하는 것, 및 수신된 패킷들에서 검출된 비트 에러들의 있음 또는 없음을 나타내는 패킷 에러율 통계를 계산하는 작업을 포함할 수 있다.

STA(104)와 같은 수신기 스테이션에서, 상기 프로세서(206)는 상기 수신된 신호들에 기반하여 CSI 피드백 정보, 빔포밍 가중값들, 및/또는 감소된 양의 피드백 정보의 계산을 가능하게 한다. 상기 프로세서(206)는 수신된 신호들에서 도플러 천이 주파수들의 계산도 가능하게 할 수 있다. 상기 프로세서(206)는 상기 계산된 도플러 천이 주파수에 기반하여 풀 FI 또는 감소된 양의 FI를 포함하는 피드백 정 보를 생성할 것인지의 결정을 가능하게 할 수 있다. AP(102)와 같은 송신기 스테이션에서, 프로세서(206)는 빔포밍된 신호들 및/또는 STC 신호들의 생성을 가능하게 하기 위해 피드백 정보를 이용할 것인지 여부를 결정할 수 있다.

상기 수신기(202)는 수신된 RF 신호들의 증폭, 선택된 RF 채널들, 예컨대 상향 링크 채널들에 상응하는 주파수 캐리어 신호들의 생성, 상기 생성된 주파수 캐리어 신호들에 의해 증폭된 RF 신호들의 하향 변환, 선택된 복조 타입의 적용에 기반하여 데이터 심볼들내에 포함된 데이터의 복조, 및 상기 복조된 신호들내에 포함된 데이터의 검출을 포함하는 수신기 기능들을 수행하는데, 이에 제한되지 않는다. 상기 RF 신호들은 하나 또는 그 이상의 수신 안테나들(222a ...222n)을 통해 수신될 수 있다. 상기 수신기(202)에 의해 검출된 데이터는 상기 프로세서(206)에 통신될 수 있다.

상기 송신기(204)는 선택된 변조 타입의 적용에 기반하는 데이터 심볼로 생성하기 위한 수신된 데이터의 변조, 선택된 RF 채널들, 예컨대 하향 링크 채널들에 해당하는 주파수 캐리어 신호들의 생성, 상기 생성된 주파수 캐리어 신호들에 의한 데이터 심볼들의 상향변환, 및 RF 신호들의 생성 및 증폭을 포함하는 송신기 기능들을 수행할 수 있다. 상기 송신기(204)에 의해 처리되는 데이터는 프로세서(206)로부터 수신될 수 있다. 상기 송신기(204)에 의해 생성된 RF 신호들은 하나 또는 그 이상의 송신 안테나들(232a...232n)을 통해 송신될 수 있다.

상기 메모리(208)는 데이터 및/또는 코드의 저장 및/또는 추출을 가능하게 하는 적절한 로직, 회로 및/또는 코드를 포함할 수 있다. 상기 메모리(208)는 예컨 대 휘발성 메모리, 예컨대 RAM과 같은 휘발성 메모리 및/또는 예컨대 EEPROM와 같은 비휘발성 메모리와 같은 복수의 저장 매체 기술중 어느 것이라도 가능하다. 본 출원의 맥락에서, 상기 메모리(208)는 FI 피드백 정보의 계산 및 저장 및/또는 채널 추정값들의 계산 및 저장을 위한 코드의 저장을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 송수신기 시스템(200)은 송신기(204) 및 수신기(202)에 의해 사용될 수 있는 안테나들의 세트를 이용할 수 있다. 시분할 듀플렉스(time division duplex : TDD) 통신을 위해 이용될 수 있는 예시적인 송수신기 시스템(200)에서, 송수신기 시스템(200)은 송신기(204)에 결합될 수 있게 하여, 그에 의해 송수신기 시스템(200)이 신호들을 송신할 수 있게 하는 송신/수신 스위치를 포함할 수 있다. 상기 송신/수신 스위치는 선택적으로 상기 안테나들의 세트를 상기 수신기(202)에 연결되게 하여, 그에 의해 상기 송수신기 시스템(200)이 신호들을 수신할 수 있게 한다. 주파수 분할 듀플렉스(frequency division duplex : FDD) 통신에 이용될 수 있는 예시적인 송수신기 시스템(200)에서, 상기 송신/수신 스위치는 상기 안테나 세트가 상기 송신기(204) 및 상기 수신기(202)에 동시에 결합될 수 있게 하여, 그에 의해 상기 송수신기 시스템(200)이 신호들을 동시에 송신 및 수신할 수 있게 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예와 연계하여 이용될 수 있는 채널 피드백을 도시하는 예시적인 도면이다. 도 3을 참조하면, 송신 스테이션(transmitting station)(402), 수신 스테이션(receiving statiom)(422), 및 통신 매체(444)가 나타나 있다. 상기 통신 매체(444)는 무선 통신 매체를 나타낸다. 상기 송신 스테이 션(402)은 예를 들어 AP(102)를 나타낼 수 있으며, 수신 스테이션은 STA(104)를 나타낼 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)은 통신 매체(444)를 통해 수신 스테이션(422)에 신호 벡터(S)를 송신할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)으로부터 상기 수신 스테이션(422)으로의 통신 방향은 하향 링크 방향이라 할 수 있다. 상기 신호 벡터(S)는 복수의 해당 N_TX 송신 안테나들을 통해 동시에 송신되는 복수의 N_TX 신호들을 포함할 수 있다.

상기 신호 벡터(S)는 상기 통신 매체(444)를 통하여 이동될 수 있다. 상기 신호 벡터(S)는 상기 통신 매체(444)를 통해 이동되는 동안에 변경될 수 있다. 상기 통신 매체(444)와 연계된 송신 특징은 전달 함수에 의해 특징화될 수 있다. 상기 전달 함수는 채널 추정 행렬 H에 의해 특징화될 수 있다. 상기 신호 벡터(S)는 채널 추정 행렬 H에 의해 표현될 수 있는 상기 전달 함수에 기반하여 변경될 수 있다. 하향 링크 방향에서, 상기 채널 추정 행렬 H는 H_down라고 할 수 있다. 상기 변경된 신호 벡터(S)는 신호 Y로 표현될 수 있다. 상기 수신 스테이션(422)은 통신 매체(444)를 통해 수신된 신호 Y에 기반하여 채널 추정 행렬 H_down과 연관된 하나 또는 그 이상의 전달 계수 값들, h_ij를 계산할 수 있다.

상기 수신 스테이션(422)은 채널 추정 행렬(H_down)을 계산할 수 있다. 상기 수신 스테이션(422)은 송신 스테이션(402)에 피드백 정보를 통신할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 상기 피드백 정보는 풀(full) FI(FI_Full) 또는 감소된 양 의 FI(FI_Reduced)를 포함할 수 있다. 상기 수신 스테이션(422)은 송신된 신호 벡터(S_f)를 통해 상기 피드백 정보(FI_Full 또는 FI_Reduced)를 통신할 수 있다. 상기 송신된 신호 벡터(S_f)는 통신 매체(444)를 통해 상기 송신 스테이션(402)에 송신될 수 있다. 상기 신호 벡터(S_f)는 통신 매체(444)를 통해 이동되는 동안 변경될 수 있다. 수신 스테이션(422)으로부터 송신 스테이션(402)으로의 통신 방향은 상향 링크 방향이라고 한다. 상기 신호 벡터(S_f)는 전달 함수에 기반하여 변경될 수 있다. 상향 링크 방향에서, 상기 전달 함수는 채널 추정 행렬 H_up에 의해 특징화될 수 있다. 상기 변경된 신호 벡터(S_f)는 신호 Y_f로 표현될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들중 하나에서, 상기 수신 스테이션(422)은 수신된 신호의 레벨 교차 비율(level crossing rate)에 기반하여 도플러 천이 주파수를 결정할 수 있다. 상기 도플러 주파수 천이는 송신 스테이션(402)과 수신 스테이션(422) 사이에서 비-제로 상대 속도 차이(nonzero relative velocity differce)로부터 유발된다. 특정 환경에서, 상기 비-제로 상대 속도 차이는 어느 하나의 스테이션(station)이, 다른 스테이션(station)은 움직이지 않는 동안 움직임으로 인해 생기는 결과이다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 수신 스테이션(422)에 의해 계산된 도플러 천이 주파수는 상기 계산된 도플러 천이 값(D_RX)과 임계값들(D_open 및 D_closed)을 비교 함에 의해 동작 체제를 결정하는데 이용될 수 있다. D_RX≤D_closed인 경우들에서, 수신 스테이션(422)은 폐루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 폐루프 동작 체제로 동작하는 경우, 상기 수신 스테이션(422)은 송신 스테이션(402)에 피드백 정보(FI_Full)를 통신할 수 있다. D_closed<D_RX<D_open인 경우들에서, 수신 스테이션(422)은 하이브리드 동작 체제로 동작할 수 있다. 하이브리드 동작 체제로 동작하는 경우, 수신 스테이션(422)은 송신 스테이션(402)에 피드백 정보 FI_Reduced를 통신할 수 있다. D_RX≥D_open인 경우들에서, 수신 스테이션(422)은 개방 루프 동작 체제로 동작한다. 개방 루프 동작 체제로 동작하는 경우, 수신 스테이션(422)은 송신 스테이션(402)에 피드백 정보를 통신하지 않을 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에서, 또한 송신 스테이션(402)은 송신된 신호 벡터(S_f)에 기반하여 도플러 천이 주파수들을 계산할 수 있다. 상기 계산된 도플러 천이 값 D_TX는 상기 계산된 도플러 천이 값 D_TX를 임계값들(D_open 및 D_closed)을 비교함에 의해 동작 체제를 결정하기 위해 송신 스테이션(402)에 의해 이용될 수 있다.

D_TX≤D_closed인 경우들에서, 송신 스테이션(402)은 폐루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 폐루프 동작 체제로 동작하는 경우, 송신 스테이션(402)은 수신 스테이션(422)으로부터 수신된 피드백 정보에 기반하여 빔포밍된 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다. 상기 피드백 정보는 풀 FI(FI_Full)를 포함할 수 있다. D_closed<D_RX<D_open인 경우들에서, 송신 스테이션(402)은 하이브리드 동작 체제로 동작할 수 있다. 하이 브리드 동작 체제로 동작하는 경우에, 송신 스테이션(402)은 수신 스테이션(422)으로부터 수신된 피드백 정보에 기반하여 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다. 상기 피드백 정보는 감소된 양의 FI(FI_Reduced)를 포함할 수 있다. D_TX≥D_open인 경우들에서, 송신 스테이션(402)은 개방 루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 개방 루프 동작 체제로 동작하는 경우에, 송신 스테이션(402)은 송신 스테이션(402)에서 계산된 채널 추정 행렬(H_up)에 기반하여 빔포밍된 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다. 상기 채널 추정 행렬(H_up)은 상기 수신된 신호 벡터(Y_f)에 의해 기반하여 계산될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 송신 스테이션(402)은 개방 루프 동작 체제로 동작하는 경우에 STC 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 송신 스테이션(402)은 개방 루프 동작 체제로 동작하는 경우, 상기 채널 추정 행렬(H_up)에 기반하여 신호 벡터들(S)을 생성하기 위해 빔포밍 및 STC를 이용할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 천이 주파수에 기반하여 동작 체제 선택을 위한 예시적인 도면을 보여준다. 도 4를 참조하면, 시뮬레이션된 MIMO 통신 시스템에 대하여 처리량 성능을 결과를 보여주는 그래프이다. 도 4에 도시된 그래프들은 본 발명의 예시적인 실시예의 다양한 특징들을 보여준다. 결과적으로, 본 발명의 다양한 실시예들은 도 4에 제시된 시뮬레이션 항목들이 수정될 때 실행될 수 있다.

도 4의 수평축은 Hz로 측정되는 도플러 천이값들을 나타낸다. 도 4의 수직축 은 BPS/Hz로 측정되는 처리량 성능을 나타낸다. 상기 시뮬레이션된 MIMO 통신 시스템은 4×1 MIMO 시스템의 예시로서, f_center=2GHz이다. 도 4에서 표현된 시뮬레이션의 경계들은 3GPP LTE MIMO 통신 시스템내에서 노드B(예시적인 송신 스테이션) 및 단일 사용자 장비(UE)(예시적인 수신 스테이션)사이에서 RF 채널 통신들의 시뮬레이션을 제공한다. 시뮬레이션된 RF 채널들을 통해 송신된 신호들은 OFDM을 이용한다. 상기 신호들을 통해 송신된 코드워드들은 4-QAM을 이용하여 생성된다. 상기 코드워드들을 생성하기 위해 이용된 데이터는 2/3의 코딩 비율을 가지고 이진 콘볼루션 코딩(binary convolutional coding : BCC)을 이용함에 의해 생성된다. 상기 수신 스테이션에서 측정되는 SNR은 10dB이다. 상기 수신 스테이션으로부터 상기 송신 스테이션으로 피드백 데이터를 통신하기 위한 시간 지연은 0.75 밀리초이다.

도 4에서, 그래프(502)는 폐루프 동작 체제에서 동작할 경우에, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템에 대한 예시적인 처리량 결과들을 표현한다. 폐루프 동작 체제에서, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템 신호들은 빔포밍을 통하여 전송된다. 폐루프 동작 체제에서, 상기 채널 추정 행렬(H)내의 각각의 상기 채널 추정 계수들은 부동점 수치들로 나타낼 수 있다. 그래프(504)는 하이브리드 동작 체제로 동작할 때 시뮬레이션된 MIMO 시스템에 대한 예시적인 처리량 결과들을 나타낸다. 하이브리드 동작 체제에서, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템 신호들은 STC를 이용하여 송신된다. 상기 피드백 정보는 1비트 이진 값으로써 표현된다. 그래프(506)는 개방 루프 동작 체제로 동작할 때, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템에 대한 예시적인 처리량 결과들을 표현한다. 개방 루프 동작 체제에서, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템은 STC를 이용하여 송신된다.

도 4의 시뮬레이션된 MIMO 시스템에서, 도플러 천이 값들 D≤D_closed의 범위에 대하여, 폐루프 동작 체제에서 동작하는 경우에, 시뮬레이션된 MIMO 시스템의 처리량 성능이 최대화된다. 도 4에서 강조된 지점(503)에서 D=D_closed이다. 지점(503)에서, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템에 대한 처리량 성능은 폐루프 동작 체제 및 하이브리드 동작 체제에 대하여 약 2.59 BPS/Hz이다.

도플러 천이값들이 D_closed<D<D_open일 때, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템의 처리량 성능은 하이브리드 동작 체제에서 동작하는 경우이다. 도 4에서 강조된 지점(505)에서 D=D_open이다. 지점(505)에서, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템에 대한 처리량 성능은 하이브리드 동작 체제 및 개방 루프 동작 체제에 대하여 약 2.59 BPS/Hz이다. 도플러 천이 값들이 D_closed>D>D_open 일때, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템의 처리량 성능은 하이브리드 동작 체제로 동작할 때 최대화된다. 도플러 천이 값들이 D≥D_open일 때, 상기 시뮬레이션된 MIMO 시스템의 처리량 성능은 개방 루프 동작 체제에서 동작할 때 최대화된다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 송신 스테이션(402)은 하이브리드 동작 체제에서 동작하며, 감소된 양의 피드백 정보(FI)에 기반하여 STC를 이용하여 송신된 신호들을 생성할 수 있다. 이 경우, 송신 스테이션(402)은 피드백 데이터내에서 수 신 스테이션(422)으로부터 수신되는 각도 회전값(angle rotation value)(θ)에 기반하여 송신된 신호들을 생성할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 수신 스테이션(422)은 상기 각도 회전값(θ)을 특정화하기 위해 단일 비트값을 이용하는 피드백 정보를 송신할 수 있다. 상기 송신 스테이션은 유사-직교 STBC 또는 SFBC와 연계된 상기 수신된 단일 비트값을 이용할 수 있다. 상기 송신 스테이션은 유사-직교 STBC 또는 SFBC와 연계하여 상기 수신된 신호 비트값을 이용할 수 있다.

유사-직교 SFBC 및 STBC에 대한 예시적인 방법은 2007년 6월 6일에 출원된 미합중국 출원 11/759,203에서 개시되며, 여기에서는 그 전체가 참조 문헌으로 이용된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 다이버시티 송신을 갖는 예시적인 블록도이다. 도 5를 참조하면, 송신 스테이션(402) 및 수신 스테이션(442)이 나타나 있다. 송신 스테이션(402)은 STBC 인코더(602)를 포함할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)은 송신 안테나들(512a, 512b, 512c, 및 512d)의 적어도 일부를 통해 복수의 RF 출력 신호들을 동시에 송신함에 의해 다이버시티 송신을 이용할 수 있다. 상기 수신 스테이션(422)은 STBC 디코더(604)를 포함할 수 있다. 상기 수신 스테이션(422)은 수신 안테나(522)를 통해 신호들을 수신할 수 있다.

연속된 시점들에서, 상기 송신 스테이션(402)은 데이터 심볼들(632, 634, 636 및 638)의 그룹들을 동시에 송신하기 위해 STBC를 이용할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 각 개별 데이터 심볼들(x(t_k))은 시점(x(t_k))에서 공간 스트 림내에서 발생되는 OFDM 심볼을 포함할 수 있다. 따라서, 4×1 STBC 다이버시티 송신 시스템에서, 시점들(t_k, t_k+1, t_k+2, t_k+3)에서 단일 데이터 스트림내에서 발생하는 복수의 데이터 심볼들(x(t_k), x(t_k+1), x(t_k+2) 및 x(t_k+3))은 복수의 송신 안테나들(512a, 512b, 512c 및 512d)을 통해 동시에 송신될 수 있다. 데이터 심볼들의 그룹(632)을 송신하는 경우, 상기 송신 스테이션(402)은 송신 안테나(512a)를 통해 코드워드 s(0,k)=x(t_k)를 송신하고, 송신 안테나(512b)를 통해 코드워드 s(1, k+1)=x^*(t_k+1)를 송신할 수 있으며, 여기에서, x^*는 x의 복소수 짝(complex conjugate)이라 할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)은 또한 송신 안테나(512c)를 통해 코드워드 s(2, k+2)=x(t_k+2)를, 송신 안테나(512d)를 통해 코드워드 s(3, k+3)=x^*(t_k+3)를 송신할 수 있다.

데이터 심볼들의 그룹(634)을 송신하는 경우, 송신 스테이션(402)은 송신 안테나(512a)를 통해 코드워드 s(0, k+1)=x(t_k+1)를, 송신 안테나(512b)를 통해 코드워드 s(1,k)=-x^*(t_k)를 송신할 수 있다. 또한 상기 송신 스테이션(402)은 송신 안테나(512c)를 통해 코드워드 s(2, k+3)=x(t_k+3)를, 송신 안테나(512d)를 통해 코드 워드 s(3, k+2)=-x^*(t_k+2)를 송신할 수 있다.

데이터 심볼들의 그룹(636)을 송신하는 경우, 송신 스테이션(402)은 송신 안 테나(512a)를 통해 코드워드 s(0, k+2)=x(t_k+2)를, 송신 안테나(512b)를 통해 코드워드 s(1,k+3)=-c·x^*(t_k+3)를 송신할 수 있다. 또한 상기 송신 스테이션(402)은 송신 안테나(512c)를 통해 코드워드 s(2, k)=-c·x(t_k)를, 송신 안테나(512d)를 통해 코드 워드 s(3, k+1)=x^*(t_k+1)를 송신할 수 있다. 변수 c는 다음의 식에 나타낸 바와 같이 각도 회전 값(angle rotation value)이라고 불린다.

c=e^jθ[식 3]

여기에서, θ는 각도 회전 값이라고 할 수 있으며, 본 발명의 다양한 실시예들에서 수신 스테이션(422)은 식 3에 의해 상기 값 c를 계산한다.

송신 안테나(512a)를 통해 송신되어 수신 스테이션(422)으로의 통신 매체를 통한 신호들의 이동은, 전달 계수 인자(h₀)에 기반하여 수정될 수 있다. 통신 매체를 통해 송신 안테나(512b)에 의해 통신되는 신호들은 전달 계수 인자(h₁)에 기반하여 수정될 수 있다. 통신 매체를 통해 송신 안테나(512c)에 의해 통신되는 신호들은 전달 계수 인자(h₂)에 기반하여 수정될 수 있으며, 통신 매체를 통해 송신 안테나(512d)에 의해 통신되는 신호들은 전달 계수 인자(h₃)에 기반하여 수정될 수 있다.

유사-직교 공간 시간 블록 코딩(STBC)은 무선 통신의 분야에서 사용되는 몇 몇 다이버시티 송신 시스템에서 사용되는 방법이다. 유사-직교 STBC의 매력은 무선 통신 시스템이 송신 스테이션에서 다이버시티 송신의 장점들을 이용할 수 있게 하는 한편, 수신 스테이션에서 디코딩 기법들을 간소화시키는 것이다.

본 발명의 예시적인 일실시예에서, 채널 추정 행렬(H_new)은 아래에 나타낸 바와 같이 행렬 H_eff와 회전 행렬 C의 하다마드 적(Hadamard product)에 기반하여 계산될 수 있다.

[식 4]

여기에서, 식 4의 좌측에 있는 첫번째 행렬 H_eff은 유사-직교 STBC 송신을 위한 유효 채널 추정 행렬을 나타내며, 식 4의 좌측에 있는 두번째 행렬은 회전 행렬[C]이며, 식 4의 우측에 있는 행렬은 행렬 H_new이다. 상기 행렬 H_new는 송신 스테이션(402)에 의해 동시에 송신되는 신호들이 회전 행렬(C)에 기반하여 회전하는 경우에, 유효 채널 추정 행렬을 나타낸다. 상기 회전 행렬(C)에서, 상기 행렬 계수값(c)은 식 3에 나타낸 바와 같이 각도 회전 인자(angle rotation factor)를 나타낸다. 유사-직교 공간 코딩과 연계되는 크로스토크(crosstalk) 항(δ)는 다음의 식과 같이 나타낼 수 있다.

δ=h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* + c^*·(h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* )^* [식 5]

본 발명의 다양한 실시예들에서, c의 값은 크로스토크(crosstalk) 항 δ≒0 이 되도록 결정될 수 있다. 이 조건을 만족하는 c의 계산된 값은 다음의 식과 같이 나타낼 수 있다.

c=exp(-j·(2·angle(h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* ) + π)) [식 6]

식 3에 언급되어 있는 회전 각도 값(θ)은 다음의 식과 같이 나타낼 수 있다.

θ=2·angle(h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* ) [식 7]

여기에서 a=h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* [식 8]

본 발명의 예시적인 실시예에서, 각도 회전 인자(c)는 단일 비트값으로 나타낼 수 있다. 예컨대:

if(｜Re(h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* )｜>｜Im(h₀ ^*·h₂+ h₁·h₃ ^* )｜) [식 9]

c=1; /* θ=0, angle(a)=0 */

else

c=-1; /* θ=π, angle(a)=1/2 π */

식 [9]에서 나타낸 본 발명의 예시적인 일실시예에서, 각도 회전 인자(c)의 단일 비트 표시는 c의 값이 두개의 서로 다른 각도 회전 값들(θ=0 및 θ=π)을 표시할 수 있게 한다. 본 발명의 또 다른 예시적인 일실시예에서, 각도 회전 인자는 2-비트 값으로 표현될 수 있다. c의 2-비트 표현은 c의 값이 4개의 서로 다른 각도 회전 값들을 표시할 수 있게 한다. 본 발명의 다양한 실시예들에서, 각도 회전 인자(c)는 m-비트 값으로 표현될 수 있으며, 여기에서 m은 선택된 숫자의 비트들을 나타낸다.

본 발명의 다양한 실시예들에서, 수신 스테이션(422)이 하이브리드 동작 체제로 동작하는 경우, 수신 스테이션(422)은 송신 스테이션(402)에 피드백 데이터내에서 단일 비트 값을 송신할 수 있다. 상기 단일 비트 값은 각도 회전 인자(c)에 대한 값을 나타낸다. 송신 스테이션(402)이 하이브리드 동작 체제로 동작하는 동안, 피드백 데이터내에서 단일 비트 값을 수신하는 경우, 상기 송신 스테이션은 상기 수신된 각도 회전 인자(c)에 기반하여 STC를 이용하여 신호들을 송신할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들은 수신 스테이션(422)이 검출된 도플러 천이 주파수 및/또는 검출된 속도에 기반하여 감소된 양의 FI를 생성할 수 있도록 여기에서 개시되는 개념들을 적용할 때 실현될 수 있다. 상기 감소된 양의 FI는 피드백 데이터내에서 송신될 수 있다. 이 점에서, 상기 수신 스테이션(422)은 예컨대 빔포밍된 신호들 및/또는 공간-시간 코딩된 신호들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 피드백 데이터를 송신할 수 있다. 피드백 데이터내에서 수신된 감소된 양의 FI에 기반하여, 상기 송신 스테이션(402)은 예컨대 빔포밍된 및/또는 공간-시간 코딩된 신호들을 생성할 수 있다.

도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 상기 송신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계들을 설명하는 흐름도이다. 도 6a에 설명된 본 발명의 예시적인 일실시예에서, 상기 송신 스테이션은 개방 동작 체제로 동작하는 경우에, 빔포밍된 신호들을 송신한다. 도 6a를 참조하면, 단계 601에서, 도플러 천이 임계 주파수 값들이 수립될 수 있다. D_closed는 폐루프 동작 체제를 위한 임계값을 나타내고, D_open은 개방 루프 동작 체제를 위한 임계값을 나타낸다. 단계 603에서, 상기 송신 스테이션은 상향 링크 채널을 통해 신호 벡터(Y)를 수신할 수 있다. 단계 606에서, 상기 송신 스테이션은 상기 수신된 신호 벡터(Y)에 기반하여 도플러 천이 주파수(D_TX)를 결정할 수 있다. 단계 608에서, 상기 송신 스테이션은 D_TX가 D_closed 임계값보다 작은지 여부를 결정할 수 있다. D_TX<D_closed인 경우, 단계 610에서 상기 송신 스테이션은 풀 FI를 수신할 수 있다. 단계 612에서, 상기 송신 스테이션은 상기 풀 FI에 기반하여 빔포밍된 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다. 상기 신호 벡터(S)는 상기 송신 스테이션에 의해 동시에 송신되는 신호들의 세트를 나타낸다.

단계 608로 돌아오면, D_TX≥D_closed 인 경우에, 단계 614에서 상기 송신 스테이션은 상기 수신된 신호 벡터(Y)에 기반하여 채널 추정 행렬(H)을 계산할 수 있다. 단계 616에서, 상기 송신 스테이션은 D_TX가 이 D_open 임계값보다 큰지 여부를 결정할 수 있다. D_TX>D_open인 경우에, 단계 618에서 상기 송신 스테이션은 상기 계산된 채널 추정 행렬(H)에 기반하여 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다.

단계 616을 돌아오면, D_closed≥D_TX≥D_open인 경우에, 단계 620에서 상기 송신 스테이션은 감소된 양의 FI를 수신할 수 있다. 단계 622에서, 상기 송신 스테이션은 감소된 양의 FI에 기반하여 신호 벡터(S)을 생성할 수 있다.

도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 MIMO 통신 시스템에서 상기 송신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계들을 설명하는 흐름도이다. 도 6b에 설명된 본 발명의 일실시예에서, 상기 송신 스테이션은 개방 루프 동작 체제에서 동작할 때 STC 신호들을 송신한다. 도 6a와 도 6b를 비교하면, 도 6b에는, 수신된 신호 벡터(Y)(도 6a의 단계 614)에 기반하여 채널 추정 행렬을 계산하는 단계는 도시되어 있지 않다. 대신에 도 6b에는 단계 616은 단계 608이후에 온다. D_TX>D_open인 경우들에서, 단계 619에서 상기 송신 스테이션은 STC에 기반하여 신호 벡터들(S)을 생성할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에서 MIMO 통신 시스템에서 수신 스테이션에서 동작 체제 적응을 위한 예시적인 단계를 설명하는 흐름도이다. 도 7을 참조하면, 단계 702에서, 도플러 천이 임계 주파수 값들이 수립될 수 있다.: D_closed는 폐루프 동작 체제를 위한 임계값을 나타내며, D_open은 개방 루프 동작 체제를 위한 임계값을 나타낸다. 단계 704에서, 수신 스테이션은 하향 링크 RF 채널을 통해 신호 벡터(Y)를 수신할 수 있다. 단계 706에서, 수신 스테이션은 상기 수신된 신호 벡터(Y)에 기반하여 채널 추정 행렬(H)을 계산할 수 있다. 단계 708에서, 상기 수신 스테이션은 수신된 신호 벡터(Y)에 기반하여 도플러 천이 주파수(D_RX)를 결정할 수 있다. 단 계 710에서, 상기 수신 스테이션은 D_RX가 D_closed 임계 값보다 작은지 여부를 결정할 수 있다. D_RX<D_closed인 경우, 단계 712에서 상기 수신 스테이션은 채널 추정 행렬(H)에 기반하여 풀 FI를 생성할 수 있다. 단계 714에서, 수신 스테이션은 상향 링크 RF 채널을 통해 피드백 정보내에서 풀 FI를 송신할 수 있다.

단계 710으로 돌아가면, D_RX≥D_closed인 경우, 단계 716에서 수신 스테이션은 D_RX가 D_open 임계값보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. D_RX>D_open 인 경우, 피드백 정보가 생성 및/또는 송신되지 않는다.

단계 716으로 돌아가면, D_closed≥DRX≥D_open 인 경우, 단계 720에서 수신 스테이션은 감소된 양의 FI를 생성할 수 있다. 단계 722에서, 수신 스테이션은 상향 링크 RF 채널을 통해 감소된 양의 FI를 송신할 수 있다.

다중 안테나 시스템을 위한 상이한 폐루프, 개방 루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적응을 위한 방법 및 시스템의 측면들은 풀(full) FI, 감소된 양의 FI 또는 무 피드백 정보(no feedback information)중에서 선택된 것에 기반하여 통신 매체를 통해 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성하게 되는 송신 스테이션(402)을 포함할 수 있다. 상기 선택은 결정된 도플러 천이 주파수에 기반하여 상기 송신 스테이션에서 결정될 수 있다. 상기 도플러 천이 주파수는 통신 매체를 통해 상기 송신 스테이션에서 수신된 신호들에 기반하여 결정될 수 있다.

상기 송신 스테이션(402)은 상기 결정된 도플러 천이 주파수가 폐루프 동작 체제 임계값보다 작거나 같을 때 폐루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)이 폐루프 동작 체제로 동작할 때, 상기 송신 스테이션(402)은 피드백 정보내에서 수신된 풀 FI에 기반하여 동시에 송신된 복수의 신호들을 생성할 수 있다. 복수의 빔포밍 가중값들은 풀 FI에 기반하여 생성될 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)은 복수의 빔포밍 가중값들에 기반하여 동시에 송신된 빔포밍된 복수의 신호들을 생성할 수 있다.

상기 송신 스테이션(402)은 폐루프 동작 체제 임계값보다 크거나 같지만, 개방 루프 동작 체제 임계값보다 작거나 같을 때, 하이브리드 동작 체제로 동작할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)이 하이브리드 동작 체제에서 동작할 때, 상기 송신 스테이션(402)은 감소된 양의 FI에 기반하여 동시에 송신된 복수의 신호들을 생성할 수 있다. 상기 감소된 양의 FI는 m-비트 이진 값으로서 표현될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 상기 감소된 양의 FI는 단일 비트로서 표현될 수 있다. 각도 회전 값(θ)은 상기 이진 값에 기반하여 결정될 수 있다. 상기 각도 회전 값은 STC(space-time coding), 예컨대 STBC 또는 SFBC에 기반하여 복수의 송신된 신호들을 생성하기 위해 이용될 수 있다.

상기 송신 스테이션(402)은 상기 결정된 도플러 주파수가 개방 루프 동작 체제 임계 값보다 큰 경우, 개방 루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)이 개방 루프 동작 체제로 동작하는 경우, 상기 송신 스테이션(402)은 피드백 정보를 이용하지 않고 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성할 수 있다. 상기 송신 스테이션(402)은 통신 매체를 통해 수신된 신호들에 기반하여 채널 추정 행렬을 계산할 수 있다. 송신 스테이션(402)은 상기 계산된 채널 추정 행렬 및/또는 STC에 기반하여 상기 동시에 송신된 복수의 신호들을 생성할 수 있다.

본 발명의 예시적인 일실시예에서, 풀 FI(D[FI_Full])는 CSI 데이터(채널 추정 행렬(H)에 의해 표현되는) 및/또는 빔포밍된 가중값 데이터(빔포밍 행렬(V)에 의해 표현되는)의 부동 소수점 표현(floating point representation)을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 일실시예에서, 감소된 양의 FI(D[FI_Reduced])는 빔포밍 행렬(V)에서 빔포밍 가중값 데이터의 양자화된 버전들을 포함할 수 있다. 상기 양자화된 버전의 빔포밍 행렬(V^Q)은 D[V^Q]<D[V]가 되도록 빔포밍 행렬(V)의 감소된 양의 버전일 수 있다.

본 발명의 또 다른 예시적인 일실시예에서, 감소된 양의 FI(D[FI_Reduced])는 빔포밍 행렬(V)에서 데이터 압축된 버전의 빔포밍 가중값들 데이터를 포함할 수 있다. 상기 데이터 압축된 버전의 빔포밍 행렬(V^Cmp)은 D[V^Cmp]<D[V]이 되도록 감소된 양의 버전의 빔포밍 행렬(V)일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일실시예에서, 감소된 양의 FI(D[FI_Reduced])는 코드북(codebook)으로부터 선택된 빔포밍 데이터를 포함할 수 있다. 상기 코드북은 각 빔포밍 가중값를 위한 허용된 값들을 특정할 수 있다. 각 빔포밍 가중값들은 상기 코드북에서 특정된 허용된 값들의 세트로부터 선택될 수 있다. 상기 빔포밍 행렬(V^Cbk)의 코드북 생성된 버전은 D[V^Cbk]<D[V]가 되도록 빔포밍 행렬(V)의 감소된 양 의 버전일 수 있다.

본 발명의 또 다른 일실시예에서, 감소된 양의 FI(D[FI_Reduced])는 채널 추정 데이터(H)의 감소된 양의 버전을 포함할 수 있다. 상기 감소된 양의 버전의 빔포밍 행렬(H^ε)은 D[H^ε]<D[H]이 되도록 채널 추정 행렬(H)의 감소된 양의 버전일 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예들은 통신 매체의 특성들이 동적으로 변경되는 경우에, MIMO 통신 시스템들에서 실현될 수 있다. 송신 스테이션 및/또는 수신 스테이션은 특정 시간 간격동안 관찰된 수신된 피드백 정보와 함께 계산된 채널 추정값들에 대한 값들에서의 변화들을 관찰함으로써 및/또는 포함된 데이터의 값에서의 변경들에 기반하여 통신 매체에서의 동적인 변화들의 확장을 결정할 수 있다. 예를 들어, 통신 매체가 저속 페이딩(slow fading) 채널 환경을 포함하는 것으로써 특징되는 경우, 송신 스테이션 및 수신은 폐루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 상기 통신 매체가 고속 페이딩(fast fading) 채널 환경을 포함하는 것으로써 특징되는 경우, 송신 스테이션 및/또는 수신 스테이션은 개방 루프 동작 체제로 동작할 수 있다. 통신 매체가 저속 페이딩 채널 환경 또는 고속 페이딩 채널 환경도 포함하지 않는 것으로써 특징되는 경우, 송신 스테이션 및/또는 수신 스테이션은 하이브리드 동작 체제로 동작할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일실시예는 기계 및/또는 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 적어도 하나의 코드 섹션을 포함하는 기계 코드 및/또는 컴퓨터 프로그램이 탑재되 는 기계 및/또는 컴퓨터 가독 스토리지 및/또는 매체를 제공할 수 있는데, 그 실행에 의해 상기 기계 및/또는 컴퓨터는 다중 안테나 시스템들용으로 상이한 폐루프, 개방 루프 및 하이브리드 기법들 사이에서 적용하기 위하여 여기에서 설명된 단계들을 수행할 수 있다.

따라서, 본 발명은 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합에 의해 구현될 수 있다. 본 발명은 적어도 하나의 컴퓨터 시스템에서 중앙 집중 방식으로 구현될 수도 있고 혹은 다른 구성요소들이 각각의 상호 연결된 컴퓨터 시스템들에 걸쳐 분포되어 있는 분산 방식으로 구현될 수 있다. 어떤 종류의 컴퓨터 시스템 또는 여기에 설명된 방법들을 수행하기 위해 적응된 기타 장치들이 적절하다. 하드웨어 및 소프트웨어의 전형적인 조합은 탑재되고 실행될 때, 그것이 여기에 설명된 방법들을 수행하도록 컴퓨터 시스템을 제어하는 컴퓨터 프로그램을 갖는 범용 컴퓨터 시스템(general-purpose computer system)일 수 있다.

본 발명은 또한 컴퓨터 프로그램 제품에 내장될 수 있고, 그러한 컴퓨터 프로그램 제품은 여기에 설명된 방법들의 구현을 가능하게 하는 모든 특징들을 포함하며, 컴퓨터 시스템에 탑재될 때 이들 방법들을 수행할 수 있다. 본 문맥에서의 컴퓨터 프로그램은, 예를 들면, 정보 처리 기능을 갖는 시스템에게 직접적으로 또는 다음의 것들 중의 어느 하나 또는 둘 모두 이후의 특정 동작을 수행시키도록 의도된 명령들의 세트의 어떤 언어, 코드 또는 표기법으로의 어떤 표현을 의미할 수 있다. 상기 다음의 것들은 a) 또 다른 언어, 코드 또는 표기법으로의 변환; b) 다른 유형적 형태로의 재생산이다.

본 발명이 어떤 실시예들을 참조하여 설명되어졌지만, 다양한 변경들이 이뤄질 수 있고 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 균등물들이 대체될 수 있다는 것이 당해 기술 분야의 숙련된 자들에게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 본 발명에서 시사하는 것에 대해 특정 상황 또는 재료를 적응시키도록 많은 수정들이 이뤄질 수 있다. 그러므로, 본 발명은 개시되는 특정 실시예들로 한정되지 않고, 다만 본 발명은 첨부되는 청구범위들의 영역 내에 들어오는 모든 실시예들을 포함할 것으로 의도된다.

Claims

통신 시스템에서 신호들을 처리하는 방법으로,

풀 피드백 정보(FI), 감소된 양의 피드백 정보, 또는 무 피드백 정보(no feedback information)중에서 선택된 하나를 이용하여 통신 매체를 통해 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성하는 단계를 포함하되,

상기 선택은 결정된 도플러 천이 주파수(Doppler shift fequency)와 폐루프 동작 체제 임계값과의 비교결과에 기반하고,

상기 풀 피드백 정보(FI)는 채널 상태 정보 또는 빔포밍 가중값 데이터의 양이고, 상기 감소된 양의 피드백 정보는 상기 풀 피드백 정보로부터 감소된 양인 신호 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 통신 매체를 통해 수신된 신호들에 기반하여 상기 도플러 천이 주파수를 결정하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 결정된 도플러 천이 주파수가 폐루프 동작 체제 임계값에 비하여 작거나 같은 경우, 상기 풀 피드백 정보(FI)에 기반하여 상기 복수의 동시에 송신되는 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.
청구항 3에 있어서, 상기 풀 피드백 정보(FI)에 기반하여 복수의 빔포밍 가중값들을 생성하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.
청구항 4에 있어서, 상기 복수의 빔포밍 가중값들에 기반하여 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 결정된 도플러 천이 주파수가 폐루프 동작 체제 임계값보다 크거나 같고, 개방 루프 동작 체제 임계값보다 작거나 같은 것 중 하나 또는 둘다 일때, 상기 감소된 양의 피드백 정보에 기반하여 상기 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.
통신 시스템에서 신호들을 처리하기 위한 시스템으로서,

상기 시스템은,

풀 피드백 정보(FI), 감소된 양의 피드백 정보, 또는 무 피드백 정보(no feedback information)중에서 선택된 하나를 이용하여 통신 매체를 통해 동시에 송신되는 복수의 신호들을 생성할 수 있는 하나 또는 그 이상의 회로들을 포함하되,

상기 선택은 결정된 도플러 천이 주파수(Doppler shift fequency)와 폐루프 동작 체제 임계값과의 비교결과에 기반하고,

상기 풀 피드백 정보(FI)는 채널 상태 정보 또는 빔포밍 가중값 데이터의 양이고, 상기 감소된 양의 피드백 정보는 상기 풀 피드백 정보로부터 감소된 양인 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은, 상기 통신 매체를 통해 수신된 신호들에 기반하여 상기 도플러 천이 주파수를 결정할 수 있게 하는 시스템.
청구항 7에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은, 상기 결정된 도플러 천이 주파수가 폐루프 동작 체제 임계값보다 작거나 같은 경우, 상기 풀 피드백 정보(FI)에 기반하여 상기 동시에 송신된 복수의 신호들을 생성할 수 있게 하는 시스템.
청구항 9에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 회로들은, 상기 풀 피드백 정보(FI)에 기반하여 복수의 빔포밍 가중값들을 생성할 수 있게 하는 시스템.
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