KR101075621B1

KR101075621B1 - 이동 애드 혹 네트워크에서 가상 다중-입력, 다중-출력(Ｍｕｌｔｉｐｌｅ- Ｉｎｐｕｔ, Ｍｕｌｔｉｐｌｅ-Ｏｕｔｐｕｔ) 안테나 수행 방법 및 장치.

Info

Publication number: KR101075621B1
Application number: KR1020050015529A
Authority: KR
Inventors: 조셉 R. 클리브랜드; 코넬리우스 밴 렌스버그
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-04-30
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2011-10-21
Also published as: US7483406B2; US20050243756A1; KR20060042170A; CN1947358A; JP2007531382A; EP1592185A1; WO2005107103A1

Abstract

본 발명은 다중-입력, 다중-출력(MIMO) 안테나 시스템을 사용하여 순방향 채널로 사용자 데이터 스트림들을 전송하는 제 1기지국을 포함하는 무선 네트워크에서 사용하기 위한 이동 단말에 관한 것이다. 상기 이동 단말은 상기 제 1기지국이 전송한 MIMO 데이터 신호들을 수신하기 위해 가상의 MIMO 안테나 시스템을 수행한다. 상기 이동 단말은 제 1 및 제 2송수신기를 포함한다. 상기 제 1송수신기는 상기 제 1기지국이 송신하는 상기 MIMO 데이터 신호들을 수신하고, 메모리에 제 1 다수의 MIMO 데이터 신호 샘플들을 저장한다. 상기 제 2송수신기는 상기 제 1기지국으로부터 제 2이동 단말이 수신한 제 2 다수의 MIMO 데이터 신호 샘플들을 상기 제 2이동 단말로부터 직접 수신한다. 상기 제 2 다수의 MIMO 데이터 신호 샘플들은 메모리에 저장된다. MIMO 알고리즘은 상기 제 1 및 제 2 다수의 샘플들로부터 상기 제 1기지국이 송신한 상기 사용자 데이터 스트림들을 생성한다.

MIMO, SISO, ad Hoc Network(MANET)

Description

이동 애드 혹 네트워크에서 가상 다중-입력, 다중-출력(Ｍｕｌｔｉｐｌｅ- Ｉｎｐｕｔ, Ｍｕｌｔｉｐｌｅ-Ｏｕｔｐｕｔ) 안테나 수행 방법 및 장치.{APPARATUS AND METHOD FOR IMPLEMENTING VIRTUAL MIMO ANTENNAS IN A MOBILE AD HOC NETWORK}

도 1은 본 발명의 목적에 따라 이동 단말에 가상의 다중-입력, 다중-출력(MIMO)안테나 시스템을 제공하는 이동 애드 혹 네트워크(MANET)와 광지역(wide-area) 무선 네트워크의 부분을 포함하는 통신 시스템을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 대표적인 이동 단말에서 가상의 MIMO 안테나 시스템을 구현하는 것을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 목적에 따라 대표적인 이동 단말에서의 절차를 설명하는 흐름도.

본 발명은 무선 네트워크에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동 애드 혹 네트워크(mobile ad hoc network : MANET) 단일 안테나를 사용하는 이동 단말에서 다중-입력, 다중-출력(multiple-input, multiple-ouput : MIMO)안테나들을 사용하는 이득을 내기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

셀룰러 폰, 호출장치, 개인 통신 서비스(Personal Communication Services : PCS) 시스템 및 무선 데이터 네트워크 같은 무선 통신시스템은 사회적으로 유비쿼터스(Ubiquitous)되고 있다. 무선 서비스 제공자들은 무선 장치들에 대한 새로운 시장을 개척하고 무선 장치들이나 서비스들을 더 싸고 더 신뢰적으로 만듦으로써, 현재 시장을 확장하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 셀룰러 폰들, 호출기, PCS 시스템 그리고 무선 모뎀과 같은 엔드-유저(end-user) 무선 장치들의 가격은 거의 모든 사람들이 사용가능할 정도로 하락해왔다.

사용 가능한 대역폭(bandwidth)을 최대한 사용하기 위해 무선 시스템의 각각의 기지국(BS)과 하나 이상의 가입자가 동시적으로 통신을 수행할 수 있게 하는 다수의 무선 접속 기술들이 사용되어왔다. 이러한 무선 접속 기술들은 시분할 다중 접속(TDMA), 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 그리고 코드분할 다중 접속(CDMA)을 포함한다. 이러한 기술들은 선택된 시간 슬롯, 선택된 주파수, 선택된 고유의 코드 혹은 그 조합들을 통해 가입자 음성/데이터를 수신하거나 송신하는 특별한 데이터 트래픽 채널을 각 시스템 가입자에게 할당한다.

현재 무선 장치 제조업체들은 이동 전화와 무선 랩탑(laptop)을 포함하는 무선 장치들에게 고속의 데이터를 전달하기 위한 목적으로 무선 랜(Wireless LANs)들을 개발하고 있다. 그러나, 무선 장치들이 지속적으로 높은 처리율을 수행하는 것 은 상호간섭, 다중 경로, 그리고 다른 영향들로 인해 많은 관점에서 어려운 것으로 증명되었다. 이와 같은 문제점들을 극복하기 위해 MAC(Medium Access Control)기술, 무선 부품, 변조 기술, 그리고 스마트 안테나 시스템을 포함하는 많은 방면에서 기술 향상이 이루어지고 있다.

스마트 안테나 시스템은 무선 단말(이동국)과 무선 네트워크사이에 송/수신 데이터 율을 증가시키는데 특히 효과가 있는 다중 안테나를 사용한다. 그러한 다중 안테나 시스템은 종종 다중 입력, 다중 출력(multiple-input, multiple-output: MIMO)안테나 시스템이라 불린다. MIMO 안테나 시스템은 특히 많은 다중 경로가 존재하는 무선 주파수 환경에서 종래의 단일 입력, 단일 출력(single-input, single-output :SISO) 안테나 시스템에 비해 많은 이득이 있다.

MIMO 안테나 시스템에서, 고속 데이터 스트림은 여러 개의 저속 데이터 스트림들로 나뉘어 진다. 상기 저속 데이터 스트림들은 같은 주파수 채널을 사용하여 같은 시간에 각기 다른 안테나를 통해 개별적으로 변조되고 전송된다. 상기 기지국의 다중 안테나들로부터 수신하는 이동단말의 다중 안테나로 전송된 신호들이 전송될 때 상기 다중 전송된 신호들은 다중 경로 반사를 겪는다. 각각의 수신기의 안테나의 출력은 상기 다중 전송된 RF 신호들의 선형 조합(Linear combination)이다. 상기 수신기에서 상기 다중 저속 데이터 스트림들은 일반적으로 잘 알려진 MIMO 알고리즘에 의해 검출되고 복구되어진다.

다중 안테나 어레이를 이용하는 것은 처리율(Throughput)을 증가시키기 위해 RF 채널의 공간 차원을 이용한다. 이것은 공간 다중 전송으로 알려져 있으며, 처리 율에서 복합적인 증가를 제공한다. 예를 들면, 상기 이동 단말의 N개 안테나 어레이로 데이터를 전송하기 위해 상기 기지국에서 N개의 안테나 어레이를 이용하는 것은, 종래의 SISO안테나 시스템보다 최대 처리율을 N 배만큼 증가시킨다. 유리하게도 상기 MIMO 안테나 시스템은 상기 SISO 안테나 시스템만큼의 같은 주파수 대역을 갖는다. 결과적으로, MIMO 안테나 시스템은 각각의 이동 단말에게 더 높은 데이터 레이트를 제공하고, RF 링크에서 지연을 감소시킨다.

그러나, MIMO 안테나 시스템을 사용할 시에 주요 문제는 안테나 어레이의 물리적인 크기이다. MIMO 안테나 시스템의 이득을 얻기 위해서는 10파장정도의 굉장히 큰 공간의 이격이 필요하다. 주파수의 관점에서 보면, 이것은 1미터 정도의 안테나 간격을 필요로 한다. 이것은 거의 모든 셀룰러 폰이나 랩탑 컴퓨터 등과 같은 장치들에서는 극히 실용성이 없다. 이러한 경우에선, 상기 안테나는 이동 전화 또는 이동 PC 보다 몇 배정도 사이즈가 커야한다.

게다가, 향상된 데이터 처리율을 갖는 무선 네트워크에 대한 기술이 있다. 특히 다른 이동 단말이나 이동 전화에서의 거대한 MIMO 안테나가 필요 없이 이동전화나 소형의 이동 단말로 데이터를 전송하기 위해서 MIMO 안테나 어레이를 사용하는 무선 네트워크가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 이웃의 이동 단말들 사이에서 수신된 신호 데이터를 교환하기 위해 이동 애드 혹 네트워크(MANET)를 사용하는 이동 단말들을 위해 가상의 MIMO 안테나 어레이를 함에 있다. 각각의 이동 단말은 MIMO 안테나 시스템을 사용하여 전송하는 기지국으로부터 수신한 다중 신호들을 추출하고 수신하기 위해 종래의 단일 입력, 단일 출력(Single-input, Single-output : SISO) 안테나 시스템을 사용한다. 상기 기지국은 CDMA 2000, IEEE 802.16e 과 같은 종래 무선 통신 표준들을 사용하여 넓은 지역에 송신한다.

각각의 이동 단말은 일반적으로 더 근거리와 더 높은 데이터 레이트를 제공하는 MANET 링크를 사용하는 인접한 이동 단말들에게 상기 기지국으로부터 직접 수신한 신호 샘플들을 송신한다. 또한, 각각의 이동 단말은 고속의 MANET 링크를 사용하는 상기 인접한 이동 단말들로부터 유사한 기지국 신호 샘플들을 수신한다. 이와같이, 각각의 기지국은 상기 이동 단말이 마치 SISO 안테나 시스템 대신에 MIMO 안테나 시스템을 구비한 것처럼 동일한 방식으로 공간적으로 떨어진 안테나 그룹으로부터 다중 신호 샘플들을 수신한다. 게다가 본 발명은 각각의 이동 단말에게 가상의 MIMO 안테나 시스템을 제공한다.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 주요 목적은 다중-입력, 다중-출력(MIMO)안테나 시스템을 사용하여 순방향채널로 다수의 사용자 데이터 스트림들을 전송할 수 있는 제 1기지국을 포함하는 무선네트워크에서 사용을 위한 제 1이동 단말을 제공함에 있다. 상기 제 1이동 단말은 상기 제 1기지국이 전송한 MIMO 데이터 신호들을 수신하기 위해 가상의 MIMO 안테나 시스템을 수행한다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제 1이동 단말은; 1) 상기 제 1기지국이 전송한 상기 MIMO 데이터 신호들을 수신하고 다운컨버팅하며, 상기 제 1 이동 단말 의 메모리에 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 1 샘플들을 저장할 수 있는 제 1송수신기와; 및 2) 상기 제 1기지국으로부터 제 2이동 단말이 수신한 MIMO 데이터 신호들의 제 2 샘플들을 상기 제 2 이동 단말로부터 수신하고 상기 제 2이동 단말과 직접적으로 통신을 수행할 수 있는 제 2송수신기를 포함하고, 상기 제 1 이동 단말은 MIMO 데이터 신호들의 제 2샘플들을 상기 메모리에 저장함을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 제 1 이동 단말은, MIMO 알고리즘을 수행할 수 있는 데이터 프로세서를 더 포함하고, 상기 MIMO 알고리즘은 상기 제 1 및 제 2 샘플들로부터 상기 기지국이 전송한 사용자 데이터 스트림들을 생성한다.

본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2송수신기는 이동 애드 혹 네트워크 (MANET)링크를 통해 상기 제 2 이동 단말과 직접 통신한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 데이터 프로세서는 상기 제 1이동 단말에 해당된 상기 사용자 데이터 스트림들 중 제 1데이터를 검출한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 1이동 단말은 상기 제 1 기지국이 전송한 상기 MIMO 데이터 신호들을 수신하기 위해 상기 제 1송수신기와 결합된 단일-입력, 단일-출력(SISO)안테나 시스템을 사용한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2 송수신기는 상기 제 2이동 단말로 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 1샘플들을 송신한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 제 2송수신기는 제 3이동 단말과 직접 통신하고, 상기 제 1기지국으로부터 상기 제 3이동 단말이 수신한 MIMO 데이터 신호들의 제 3샘플들을 상기 제 3 이동 단말로부터 수신하고, 상기 제 1 이동 단말은 MIMO 데이터 신호들의 상기 제 3 샘플들을 상기 메모리에 저장한다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따르면, 상기 MIMO 알고리즘은 상기 제 1, 2 및 3 샘플들로부터 상기 기지국이 전송한 상기 사용자 데이터 스트림들을 생성한다.

이하 본 발명의 상세한 설명을 시작하기 전에, 본 명세서 전반에서 사용되는 특정 단어들과 문구들의 정의를 설명하기로 한다. 용어 "포함하다(include)와 "구비하다(comprise)" 그리고 그들의 파생어들은 제한 없이 포함을 의미한다. 용어 "또는(or)"은 그리고/또는 (and/or)의 의미를 포함한다. 문구 "~와 관계되다(associated with)"와 "그것과 관계되다(associated therewith)" 그리고 그것들의 파생어들은 "포함하다(include)", "~안에 포함되다(be included within)", "~와 함께 상호 연결되다(interconnect with)", "함유하다(contain)", "~안에 함유되다(be contained within)", "~에 또는 ~와 연결하다", "~와 또는 ~에 결합하다", ~와 연통되다(be communicable with)", "협동하다", "삽입되다", "병행 배열되다", "에 근접하다", "~에 또는 ~와 묶이다", "갖다", "~의 특성을 갖다", 등을 의미한다.

그리고 용어 "제어기(controller)"는 하나 이상의 동작을 제어하는 장비, 시스템 또는 그 일부분을 의미한다. 이와 같은 장비는 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 또는 그들의 두 개 이상의 결합으로 구현될 수 있다. 특별한 제어기와 관련된 기능은 국부적으로 또는 원격적으로 집중되거나 분산될 수 있음을 알아야한다. 상기 단어들과 구어들에 대한 정의는 본 명세서 전반을 통해서 제공된다. 당업자들에게 있어서, 상기 정의된 단어들과 구어들의 대부분은 종래 기술에서뿐만 아니라 향후에 도 적용될 수 있음을 자명하게 알 것이다.

본 명세서에서 하기의 도 1에서 도 3까지 그리고 본 발명의 목적을 설명하는 데 사용된 다양한 실시 예들은 단지 발명의 설명을 위해서일 뿐, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되면 안될 것이다. 상기 기술분야의 당업자들은 적합하게 마련된 무선 통신 시스템에서 본 발명의 목적이 수행될 수 있을 것이란 것을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 목적에 따른 이동 단말에 가상의 다중-입력, 다중-출력(MIMO)을 제공하는 이동 애드 혹 네트워크(MANET)와 광지역 무선 네트워크를 포함하는 통신 시스템(100)을 설명하고 있다. 통신 시스템(100)은 기지국(101), 이동 단말(MS:111), 이동 단말(MS:112), 이동 단말(MS:113) 그리고 이동 단말(MS:114)을 포함한다. 설명된 실시 예에서, 기지국(101)은 무선 랜(WLAN) 또는 셀룰러 폰 망과 같은 넓은 담당 구역을 갖는 광지역 무선 네트워크의 일부분이다. 상기 남은 기지국들과 다른 구조물들은 기지국(101)에 결합되거나 도시되지 않았다.

종래의 실시 예에서, 기지국(101)은 IEEE 802.16, IEEE 802.20, CDMA 2000, 1xEV-DV, 1xEV-DO 또는 유사한 표준들에 따라 디지털 데이터를 이동 단말들(111 ~ 114)에게 전송했다. 기지국(101)은 1내지 3킬로미터의 반경의 담당구역을 갖는다. 기지국(101)은 순방향 채널(120)로 600 Kbps내지 2Mbps의 데이터 전송률로 이동 단말(MS:111), 이동 단말(MS:112), 이동 단말(MS:113), 이동 단말(MS:114)에게 전송한다. 설명된 실시 예에 따르면, 기지국은 이동 단말들(111~114)과 데이터를 송/수 신하기 위해 종래의 다중-입력, 다중-출력(MIMO) 안테나 시스템을 사용한다. 안테나 시스템(102)은 A, B, C 및 D라고 표시된 4개의 안테나 요소들을 포함한다.

각각의 이동 단말들(111 ~ 114)은 종래의 MANET 노드로 동작하는 종래의 무선 단말(예를 들면, 셀룰러 폰, IEEE-802.11 장치)들이다. 이동 단말들(111~114)은 기지국(101)로부터 데이터를 수신하고 전송하기 위해 종래의 단일-입력, 단일-출력 (SISO)안테나 시스템들을 사용한다. 그러나, 본 발명의 목적에 따르면, 이동 단말들(111~114)은 각각의 이동 단말에게 가상의 MIMO 안테나 시스템을 제공하는 이동 애드 혹 네트워크(MANET)를 형성함으로써 기지국(101)이 전송하는 MIMO 신호들로부터 이득을 취할 수 있다.

점선으로 도시된 참조부호 131~134는 상기 MANET의 무선 주파 수 링크를 나타낸다. RF 링크 131은 이동 단말 111과 이동 단말 112간에 직접적으로 데이터를 교환한다. 유사하게, RF링크 132는 이동 단말 112와 이동 단말 113간의 직접적으로 데이터를 교환하고, RF 링크 133은 이동 단말 113과 이동 단말 114간에 직접적으로 데이터를 교환한다. 최종적으로, RF 링크 134는 이동 단말 114와 이동 단말 111간에 직접적으로 데이터를 교환한다. 상기 MANET에는 이동 단말 111과 이동 단말 113 그리고 이동 단말 112와 이동 단말 114 사이의 RF 링크 같은 다른 RF링크가 존재할 수도 있다. 그러나, 간단함과 명료함을 위하여 이러한 다른 링크들은 도시하지 않았다.

잘 알려진 바와 같이, MANET은 서로 미리 존재하는 고정된 네트워크 구조(예를 들면, 기지국(101))를 사용하지 않고 동적으로 형성되는 무선 노드들의 그룹이 다. 더 많은 경우에서, MANET의 무선 노드들은 중앙처리장치(CPU) 처리능력, 메모리 크기, 그리고 전력 소비 관점에서 상대적으로 제한된 소형 이동 장치이다. 이동 애드 혹 네트워크들은 피어 투 피어(Peer to peer) 통신 기술의 우위를 차지하여 앞으로 2~3년 동안 꾸준히 성장하리라 예상된다. 이동 전화들은 MANET 링크들을 통해 송수신하기 위한 다른 무선 랜 기술과 IEEE 802.11에 구비되고 있다.

상기에서 서술한 바대로, 이동 애드 혹 네트워크(MANET)는 기존의 네트워크 하부 구조를 사용하지 않고도 구성할 수 있다. 이것은 장소와 시간에 구애받지 않는다. 상기 MANET의 무선 노드들은 랜덤(Random)하게 움직이기 위해 자유로울 것이며 또한, 라우터(Router)처럼 동작할 것이다. MANET은 하부 구조 기반의 무선 네트워크에 전형적으로 설립된 트래픽 타입들과 같지 않은 트래픽 타입들을 지원한다. MANET 트래픽 타입들은 : 1) 피어-투-피어(Peer-to-peer) 트래픽; 2) 리모트-투-리모트(remote-to-remote) 트래픽; 및 3)동적 트래픽을 포함한다. 피어-투-피어 트래픽에서 오직 통신하는 무선 노드들(예를 들어, 직접 통신)사이에는 한 홉(hop)만이 존재한다. 리모트-투-리모트 트래픽에서는 통신하는 무선 노드들 사이에 두 개 혹은 그 이상의 홉(hop)들이 존재하지만, 안정적인 경로는 발신측과 착신측 노드들 사이가 유지되는 것이다. 이는 다수의 노드들이 한 영역 안에서 상호간에 일정거리안에 머물거나 또는 노드들이 그룹단위로 이동할 때 발생한다. 동적 트래픽은 상기 MANET 노드들이 주변을 움직이고 통신 경로들이 다시 만들어졌을 때 생성된다.

이동 단말들 111~114사이의 상기 격리된 거리들은 전형적으로 20 ~ 50미터이다. 그 거리는 적절한 공간 다이버시티를 제공하고 MIMO 안테나 시스템 102의 이득 을 얻기 위한 간격인 10 파장(예를 들어, 1미터)간격 보다 더 멀다. 20 ~ 50미터의 거리에서 예를 들어, IEEE 802.11 송수신기를 사용하는 이동 단말들 111 ~ 114는 10Mbs와 50Mbps사이로 데이터를 교환한다. 이것은 일반적인 상기 순방향 채널로 기지국 101이 전송한 디지털 데이터의 전송률인 600 Kbps와 2Mbps 보다 훨씬 빠르다.

도면 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명의 대표적인 실시 예에 따라 가상의 MIMO 안테나 시스템을 수행하는 대표적인 이동 단말 111을 설명하고 있다. 무선 이동 단말 111은 안테나 205, 무선 주파수(RF) 송수신기 210, 송신 (TX) 처리 회로 215, 마이크로폰 220, 그리고 수신(RX) 처리 회로들로 구성된다. 또한, 이동 단말 111은 스피커 230, 메인 프로세서 240, 입/출력(I/O) 인터페이스(IF) 245, 키패드 250, 표시부 255, 메모리 260, 이동 애드 혹 네트워크 (MANET) 송수신기 (X-CVR) 290 및 안테나 295를 포함한다. 메모리 260은 기본적인 운영체제(OS) 프로그램 261, 다중-입력, 다중-출력(MIMO) 알고리즘 262, 로컬 샘플 셋 263, 이동 단말 112 샘플 셋 264, 이동 단말 113 샘플 셋 265, 이동 단말 114 샘플 셋 266들을 저장한다.

대표적인 실시 예에서, RF 송수신기 210 과 MANET 송수신기 290이라 명명된 두 송수신기가 보여지고 있다. 대표적인 실시 예에 따르면, 이동 단말 111은 예를 들자면, 상기 CDMA 2000 표준, 상기 IEEE-802.16 표준 등에 따른 기지국 101과 긴 거리를 통신할 때 RF 송수신기 210을 사용한다. 이동 단말 111은 예를 들어, 상기 IEEE-802.11 표준에 따라 다른 이동 단말들 (예를 들어 이동 단말 112, 이동 단말 113, 이동 단말 114)과 짧은 거리를 통해 통신할 시에 MANET 송수신기 290을 사용 한다. 그러나, 이러한 이중 송수신기는 예를 들어 설명한 것이지 본 명세서의 범위를 한정하기 위해 해석되어서는 안될 것이다. 필요한 것은 상기 이동 단말 111이 무선 네트워크의 기지국과 통신을 수행 할 수 있는 것과 다른 이동 단말들과도 직접 통신을 수행을 할 수 있다는 것이다. 게다가 본 발명의 대체 실시 예로, 이동 단말 111은 다른 이동 단말들뿐만 아니라 기지국 111과도 통신을 수행할 수 있는 오직 한 개의 송수신기(예를 들면, 소프트웨어적으로 정의된 라디오)로 구현될 수도 있다.

게다가 이동 단말 111에는 안테나 205와 안테나 295라고 명명된 두 개의 안테나들이 보여지고 있다. 이러한 이중 안테나 구성은 단지 일 실시예일 뿐 본 발명을 한정하도록 해서되어서는 안 된다. 실제적으로, 안테나 205와 안테나 295는 같은 안테나일 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시 예에서는 이동 단말 111이 단지 송수신기 210과 송수신기 290을 공유함으로써 오직 한 개의 싱글 안테나만 구현 할 수 있다.

무선 주파수(RF) 송수신기 210은 날아오는 기지국 101이 전송한 MIMO 신호들을 안테나 205로부터 수신한다. 무선 송수신기 210은 상기 날아온 MIMO 신호들을 중간 주파수(IF)또는 기저대역(Baseband)신호를 생성하기 위해 다운 컨버팅 시킨다. 상기 중간 주파수 또는 기저대역 신호는 상기 기저대역 신호 또는 중간 주파수 신호를 디지털화하거나 디코딩, 필터링을 통해 처리된 기저대역을 생성하는 수신기(RX) 처리 회로 225로 보내진다. 수신기 (RX) 처리 회로 225는 상기 처리된 기저대역 신호(예를 들어, 음성 데이터)를 스피커 230 또는 더 많은 처리(예를 들어 웹 브라우징)를 위해 주 프로세서 240으로 전송한다.

송신기 (TX) 처리 회로 215는 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 마이크로폰 220으로부터 수신하거나 주 프로세서 240으로부터 출력되는 기저대역 데이터(예를 들어, 웹 데이터, 인터액티브 비디오 게임 데이터) 수신한다. 송신기(TX) 처리 회로 215는 처리된 기저대역 또는 중간 주파수 신호를 처리하기 위해 상기 출력된 기저 대역 신호를 인코딩(encode), 다중화(multiplex) 또는/그리고 디지털 화한다. 무선 주파수 (RF) 송수신기 210은 출력되는 처리된 기저대역 또는 중간 주파수 신호를 송신기 (TX) 처리 회로 215로부터 수신한다. 무선 주파수 (RF) 송수신기 210은 상기 기저대역 또는 중간 주파수 신호를 안테나 205를 통해 기지국 101로 전송되는 무선 주파수(RF) 신호로 업-컨버트한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에서는, 주 프로세서 240은 마이크로 프로세서 또는 마이크로 컨트롤러이다. 본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 메모리 260의 부분은 RAM(Random Access Memory)을 포함하고, 메모리 260의 다른 부분은 ROM(Read Only Memory)처럼 동작하는 플래쉬(Flash) 메모리를 포함한다.

주 프로세서 240은 무선 이동 단말 111을 제어하고 전반적인 기능을 담당하기 위해 메모리 260에 저장된 기본 운영체제(OS) 프로그램 261을 수행한다. 그러한 동작 중에 하나로, 주 프로세서 240은 잘 알려진 이론에 부합하여 순방향 채널의 수신율과 무선 주파수(RF) 수신기 210, 수신기 (RX) 제어 회로 225, 및 송신기 (TX) 제어 회로 215을 통해 역방향 채널 신호들의 전송을 제어한다. 또한, 주 프로세서 240은 잘 알려진 이론에 부합하여 MANET 송수신기 290으로 MANET 채널 신호들 의 전송과 상기 수신율을 제어한다.

주 프로세서 240은 다른 프로세스나 프로그램들을 메모리 260에 저장할 수 있다. 주 프로세서 240은 수행 프로세스의 요청에 의해 메모리 260에서 또는 메모리 260으로부터 데이터를 움직일 수 있다. 또한, 주 프로세서 240은 입/출력 인터페이스 245와 결합된다. 입/출력 인터페이스 245는 이동 단말 111이 랩탑(laptop) 컴퓨터들과 같은 다른 장치들에 연결되게 할 수 있다. 입/출력 인터페이스 245는 이러한 액세서리들과 주 컨트롤러 240간의 통신 패쓰(path)이다.

또한, 주 프로세서 240은 키패드 250과 표시부 장치 255와 결합된다. 상기 이동 단말 111의 운영자는 키패드 250를 사용하여 이동 단말 111로 데이터를 입력한다. 표시부 255는 적어도 웹 사이트(Web sites)들로부터 제한된 그래픽들 또는 글자들을 표현할 수 있는 액정 크리스털 디스플레이(Liquid Crystal Display : LCD)일 수 있다. 대체할 수 있는 실시 예로 다른 표시장치들을 사용할 수도 있다.

본 발명의 목적에 따르면, 주 프로세서 240은 RF 송수신기 210 (직접 또는 RX 처리 회로 225를 통해)으로부터 기지국 101이 송신한 순방향 채널 MIMO 신호들의 샘플들을 수신한다. 이러한 샘플들은 메모리 260의 로컬 샘플 셋 263에 저장된다. 주 프로세서 240은 다수의 안테나들에 의해 캡쳐된 수신된 샘플들의 셋트로부터 MIMO 신호들을 복원할 수 있는 종래 MIMO 알고리즘을 수행한다. 종래의 MIMO 수신기는 다수의 공간적으로 떨어진 안테나들을 갖으며, 각각의 안테나들은 샘플을 취해 메모리 260에 개별적으로 저장한다. MIMO 알고리즘 262는 MIMO 안테나 시스템 102가 전송한 최초의 데이터 스트림들을 회복하고 잘 알려진 이론에 따라 각 안테 나들로부터 샘플들을 조합하거나 필터링(Filtering)한다.

그러나, 이동 단말 111이 SISO 안테나 시스템을 가졌기 때문에 MIMO 알고리즘 262가 처리하기 위한 지역적으로 수신된 샘플들(로컬 샘플 셋 263에 있는)의 오직 한 셋트만 있다. 그러므로, 본 발명에서는 마치 이동 단말 111이 기지국 101로부터 직접 다른 MANET 노드들로부터 상기 샘플들을 수신한 것처럼 다른 MANET 노드들로부터 상기 수신된 샘플들과 기지국 101로부터 지역적으로 수신된 샘플들 모두를 처리하기 위해 MIMO 알고리즘 262을 사용하고 다른 MANET 노드들로부터 동기화된 샘플들을 수집하는 것 에 의해 이러한 한계를 극복한다.

도면 3은 본 발명의 목적에 부합되는 대표적인 이동 단말 111의 동작을 설명하는 흐름도 300을 서술한다. 이동 단말 111은 초기화 시간 주기 T1동안 기지국 104로부터 순방향 채널 신호들을 수신하고 메모리 260의 로컬 샘플 셋 263에 상기 수신된 샘플들을 저장한다. 예를 들면, 이동 단말 111은 T1 = 5 밀리초 동안 기지국 101로부터 상기 MIMO 신호의 샘플들을 캡쳐한다. 주 프로세서 240은 기지국 101로부터 수신된 상기 샘플들을 로컬 샘플 셋 263에 저장한다.(305단계) 그 후에, 주기 T2동안 이동 단말 111은 로컬 샘플 셋 263으로부터 상기 기지국 101 신호 샘플들을 상기 이동 애드 혹 네트워크(MANET)상의 다른 이동 단말들에게 전송한다. 그 대신에, 이동 단말 111은 상기 다른 MANET 이동 단말로부터 기지국 101의 시간 주기 T1동안 상기 다른 MANET 이동 단말에 의해 캡쳐되고 저장된 신호 샘플들을 수신한다. 상기 다른 MANET 이동 단말이 T1 동안 상기 샘플들을 캡쳐한 이후에, 이러한 외부 샘플들은 지역적으로 수신된 샘플들과 동기화된다. 주 프로세서 240은 상기 다른 MANET 이동 단말로부터 상기 신호 샘플들을 메모리 260에 저장한다.(310단계)

다음으로, 이동 단말 111의 주 프로세서 240은 MIMO 알고리즘 262를 수행한다. 알고리즘 262는 주기 T1동안 초기에 기지국 101이 전송한 상기 MIMO 신호를 복원하기 위해 로컬 샘플 셋 263, 이동 단말 112 샘플 셋 264, 이동 단말 113 샘플 셋 265 그리고 이동 단말 샘플 셋 266에 저장된 신호 샘플들의 여러 샛트들을 사용한다.(처리 단계 315). 일단 상기 MIMO 신호들이 복원되면, 이동 단말 111은 단지 이동 단말 111에 해당되는 상기 사용자 데이터만을 처리한다. 이동 단말 111은 다른 이동 단말들에게 해당되는 복원한 상기 MIMO 신호들에서 상기 사용자 데이터를 폐기한다.(320단계)

이동 단말 111에서 기지국 101로의 상기 역방향 채널은 상기에 언급하지 않았다. 왜냐하면, 기지국 101에서 종래의 MIMO 안테나 시스템을 사용할 시에 문제가 되지 않기 때문이다. 또한, 상기 역방향 채널은 일반적으로 상기 순방향 채널보다 훨씬 낮은 데이터 전송률을 갖고 있기 때문에, 상기 역방향 채널은 일반적으로 MIMO 기술을 수행할 필요가 없다. 역방향 채널들과 순방향 채널들은 이동 단말들이 일반적으로 기지국으로부터 많은 양의 데이터(예를 들어, 웹 페이지, 비디오 파일)들을 수신하고 훨씬 짧은 메시지(예를 들어, 확인(acknowledgements), 명령(commands))들을 기지국들에게 전송하기 때문에 일반적으로 비대칭적이다.

비록 본 발명에서는 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 기술의 당업자에게 다양한 변화와 변형이 제안되는 것도 가능할 것이다. 본 발명은 상기 첨부된 청구항들의 범위 내에서 그러한 변화와 변형이 가능하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 애드 혹 네트워크(ad Hoc Network)에서 각 이동 단말이 단일-입력, 단일-출력(Single-Input, Single-Output) 안테나 시스템만을 구비하더라도 다중-입력, 다중-출력(Multiple-Input, Multiple-Output) 안테나 시스템을 구비한 것과 같은 효과를 볼 수 있다.

Claims

다중 입력 다중 출력(Multi-Input Multi-Output : MIMO) 안테나 시스템을 사용하여 순방향 채널로 다수의 사용자 데이터 스트림을 전송하는 제 1 기지국을 포함하는 무선네트워크에서 제 1 이동 단말에 있어서,

상기 제 1 기지국이 송신하는 MIMO 데이터 신호들을 수신하고 다운컨버팅을 수행하며, 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 저장하는 제 1 송수신기와,

이동 애드 혹 네트워크(MANET: Mobile Ad hoc NETwork) 링크를 통해 제 2 이동 단말과 직접 통신을 수행하고, 상기 제 1 기지국이 송신하는 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 2 MIMO 데이터 샘플들을 상기 제 2 이동 단말로부터 수신하는 제 2 송수신기와,

상기 제 1 및 제 2 MIMO 데이터 샘플들을 저장하는 메모리를 포함함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 1항에 있어서,

　상기 제 1 및 제 2 MIMO 데이터 샘플들로부터 상기 제 1 기지국이 송신한 다수의 사용자 데이터 스트림들을 생성하는 MIMO 알고리즘을 사용할 수 있는 데이터 프로세서를 더 포함함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 MIMO 데이터 샘플들은 동기화됨을 특징으로 하는 제1이동 단말.
삭제
제 2항에 있어서,

상기 데이터 프로세서는,

상기 MIMO 알고리즘을 사용하여 생성한 상기 다수의 사용자 데이터 스트림들 중 상기 제1이동 단말에 해당되는 사용자 데이터 스트림만을 처리함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 송수신기를 하나의 송수신기로 구비함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 제 1 기지국으로부터 송신되는 상기 MIMO 데이터 신호들의 상기 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 수신하기 위해 상기 제 1 송수신기와 결합된 SISO(Single Input Single Output) 안테나 시스템을 사용함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 제 2 송수신기가 상기 MIMO 데이터 신호들의 상기 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 상기 제 2 이동 단말로 전송함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 2항에 있어서,

상기 제 2 송수신기는, 상기 MANET 링크를 통해 제 3 이동 단말과 직접 통신을 수행하고, 상기 제 1 기지국으로부터 상기 제 3 이동 단말이 수신한, 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 3 MIMO 데이터 샘플들을 상기 제 3 이동 단말로부터 수신함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 9항에 있어서,

상기 제 2 송수신기는, 상기 MIMO 알고리즘을 사용하여 상기 제 1 기지국이 송신한 상기 MIMO 데이터 신호들의 상기 제 1 및 제 2 및 제 3 MIMO 데이터 샘플들로부터 상기 다수의 사용자 데이터 스트림들을 생성함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
제 10항에 있어서,

상기 제 2 송수신기는, 상기 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 상기 제 3 이동 단말로 전송함을 특징으로 하는 제1이동 단말.
다중 입력 다중 출력(Multi-Input Multi-Output : MIMO) 안테나 시스템을 사용하여 순방향 채널로 다수의 사용자 데이터 스트림들을 전송할 수 있는 제 1 기지국을 포함하는 무선 네트워크에서, 제 1 이동 단말에서 MIMO 데이터 신호를 송수신하는 방법에 있어서,

상기 제 1 기지국이 송신하는 MIMO 데이터 신호들을 수신하고 다운컨버팅을 수행하며, 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 메모리에 저장하는 과정과,　

상기 제 1 기지국으로부터 제 2 이동 단말이 수신한 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 2 MIMO 데이터 샘플들을 상기 제 2 이동 단말로부터 직접 수신하는 과정과,

상기 메모리에 상기 제 2 MIMO 데이터 샘플들을 저장하는 과정을 포함하며,

상기 제1이동 단말은 상기 제2이동 단말과 이동 애드 혹 네트워크(MANET: Mobile Ad hoc NETwork) 링크를 통해 직접 통신을 수행함을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 12항에 있어서,

MIMO 알고리즘을 수행하는 과정을 더 포함하고,

상기 MIMO 알고리즘은 상기 제1기지국이 송신한 상기 MIMO 데이터 신호들의 상기 제 1 및 제 2 MIMO 데이터 샘플들로부터 상기 다수의 사용자 데이터 스트림들을 만드는데 사용됨을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 13항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 MIMO 데이터 샘플들은 동기화됨을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
삭제
제 13항에 있어서,

상기 MIMO 알고리즘을 사용하여 생성한 상기 다수의 사용자 데이터 스트림들 중 상기 제1이동 단말에 해당되는 사용자 데이터 스트림만을 처리하는 과정을 더 포함함을 특징으로 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 13항에 있어서,

상기 제 2 이동 단말에게 상기 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 13항에 있어서,

상기 제 1 기지국으로부터 제 3 이동 단말에 의해 수신된 상기 MIMO 데이터 신호들의 제 3 MIMO 데이터 샘플들을, 상기 MANET 링크를 통해 상기 제 3 이동 단말로부터 직접 수신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 18항에 있어서,

상기 MIMO 알고리즘을 사용하여 상기 제 1, 2 및 3 MIMO 데이터 샘플들로부터 상기 제1기지국이 송신한 상기 다수의 사용자 데이터 스트림을 생성함을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.
제 18항에 있어서,

상기 제 3 이동 단말에게 상기 제 1 MIMO 데이터 샘플들을 송신하는 과정을 더 포함함을 특징으로 하는 MIMO 데이터 신호 송수신 방법.