KR101123222B1

KR101123222B1 - 무선 채널 랭크 추정을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101123222B1
Application number: KR1020107021024A
Authority: KR
Inventors: 카리 타피오 마요넨
Original assignee: 노키아 코포레이션
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2012-03-20
Also published as: CN101953128B; US8014727B2; WO2009104087A2; KR20100119575A; US20090215399A1; CN101953128A; FI20085161A0; EP2245811A2; EP2245811B1; WO2009104087A3

Abstract

무선 채널의 랭크, 즉, 상관되지 않은 공간 채널들의 개수를 추정하기 위한 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램이 제공된다. 상기 랭크 추정은 2x2 채널 행렬 표현의 제1 고유값과 제2 고유값의 상호 비율들을, 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2차 특성 방정식의 근들의 해의 원소들을 포함하는 테스트 함수를 이용하여 검사함으로써 수행되며, 이 경우 상기 테스트 함수는 제곱근 연산을 하지 않으면서 상기 2차 특성 방정식의 근들의 해의 판별식을 포함한다.

Description

무선 채널 랭크 추정을 위한 방법 및 장치 {Method and apparatus for radio channel rank estimation}

본 발명은 신호 처리의 분야에 관한 것으로, 더 상세하게는, 신호 프로세싱 기기에서 행렬 랭크 (matrix rank)를 계산하는 것에 관련된다.

고속의 통신 방식을 채택하고 있는 현대의 모바일 통신 시스템에서, 통신 자원들은 이동국에 채널 품질 및 상기 이동국이 경험하는 간섭 상태를 기반으로 하여 동적으로 할당되거나 스케줄된다. 주어진 이동국은 주파수 서브-대역과 같은 주어진 전송 자원들의 품질을 추정하고 그리고 스케줄링을 위해서 그 전송 자원들의 품질을 서빙 기지국으로 전송한다.

추가로, 모바일 통신국들은 기지국과 이동국 사이의 다중의 공간적 병렬 전송을 지원할 것이며, 이 경우 더 높은 데이터 속도를 제공하기 위해 독립적인 데이터는 병렬 전송 스트림으로 전송된다. 그런 목적을 위해, 상기 이동국들에는 복수의 안테나들이 장착된다.

이용 가능한 통신 자원의 효율적인 활용을 위해서, 이동국들은 독립적인 (또는 충분하게 상관되지 않은), 공간적으로 병렬인 통신 스트림들의 개수를 또한 결정하고 그리고 이 정보를 기지국으로 또한 전송한다. 이 이동국은 주어진 전송 자원의 품질 그리고 상기 전송 자원들 상으로 전송된 파일럿 신호로부터의 전송 자원이라는 독립적인 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 계산할 수 있을 것이다. 상기 이동국은 상기 수신한 파일럿 신호로부터 상기 기지국의 안테나 어레이와 상기 이동국의 안테나 어레이 사이의 무선 채널의 성질들을 나타내는 채널 행렬 표현을 계산할 수 있을 것이다. 더 상세하게는, 상기 채널 행렬 표현은 임의의 두 전송기-수신기-안테나 쌍 사이의 무선 채널의 응답을 나타내는 원소들을 포함하는 채널 응답 행렬로부터 계산될 수 있을 것이다. 독립적인 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수는 상기 채널 행렬 표현의 랭크 (rank)를 계산하여 결정된다. 이론적으로, 행렬의 랭크는 상기 행렬의 영-아닌 고유값 (eigenvalue)들의 개수로서 정의된다. 그러나, 이런 맥락에서, 랭크는 0과는 충분하게 다른 행렬의 고유값들의 개수로서 정의된다. 독립적으로, 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수는 0과는 충분하게 다른 행렬의 고유값들의 개수에 비례한다. 상기 충분하게 다른 것은 문턱값 (threshold)을 이용하여 결정될 수 있을 것이다. 그러나, 상기 랭크를 계산하는 것은 계산적으로 복잡한 절차이다. 상기 랭크를 계산하기 위해 반복적인 방법들이 제안되었지만, 이런 방법들의 예상되는 복잡도는 미리 알려지지 않았으며, 그리고, 그렇기 때문에 그 방법들은 제한된 계산 자원들을 이용하는 이동국들에서 사용하기에는 이상적이지 않다. 상기 랭크를 계산하기 위한 다른 방법은 상기 행렬의 특성 방정식의 근들을 풀이하는 것을 통해서이다. 그러나, 이는 구현의 관점에서 보면 복잡한 연산인 제곱근 계산을 포함한다. 따라서, 상기 랭크를 추정하는 절차의 계산에 있어서의 복잡도를 줄일 필요가 있다.

상기에서 설명된 것과 같이, 본 발명의 목적은 상기 랭크를 추정하는 절차의 계산에 있어서의 복잡도를 줄이기 위한 방안을 제공하는 것이다.

본 발명의 한가지 모습에 따라, 청구항 1에서 규정된 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 모습에 따라, 청구항 8에서 규정된 장치가 제공된다.

본 발명의 다른 모습에 따라, 청구항 16에서 규정된 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 모습에 따라, 청구항 19에서 규정된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 배포 매체 상에서 구현된 컴퓨터 프로그램 제품이 제공된다. 본 발명의 실시예들은 상기 독립항들에서 정의된다.

본 발명의 실시예들은 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 예로서만 설명된다.
도 1은 이동국 그리고 그 이동국에 서빙하는 기지극 사이에서의 통신을 예시한다.
도 2는 본 발명의 실시예들이 적용될 수 있는 무선 수신기의 구조를 예시한다.
도 3은 전송기와 수신기 사이에서 이용 가능한 공간적 통신 스트림들의 개수를 결정하기 위한 프로세스를 설명하는 흐름도이다.

다음의 실시예들은 예시적이다. 본 명세서가 여러 부분들에서 "어떤", "하나" 또는 "몇몇" 실시예들이라고 참조할 수 있을 것이지만, 이는 그런 참조 각각이 동일한 실시예들로 만들어진다는 것을 반드시 의미하는 것이 아니며 또는 그런 특징이 단일의 엘리먼트에 적용되는 것을 반드시 의미하는 것이 아니다. 상이한 실시예들의 단일의 특징들은 다른 실시예들을 제공하기 위해 또한 결합될 수 있을 것이다.

도 1은 셀 (105) 내에 위치하며 그리고 본 발명이 적용될 수 있을 모바일 통신 시스템에서 상기 셀 (105)과 연관된 기지국 (BS) (110)에 의해 서비스를 받고 있는 이동국 (MS) (100) 사이에서의 통신을 예시한다. 상기 모바일 통신 시스템은, 예를 들면, 유니버셜 모바일 통신 시스템 (Universal Mobile Telecommunication System (UMTS))의 롱텀 에벌루션 (long-term evolution (LTE)), 국제 모바일 원거리통신 (International Mobile Telecommunications (IMT)) 또는 WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)와 같은 셀룰러 원거리 통신일 수 있을 것이다. 상기 시스템에서 다운링크 통신들은 복수의 전송 자원 블록들 (120, 122, 124)이 상기 기지국 (110)의 제어 하에서 상기 이동국 (100)과 다른 이동국들로 동적으로 스케줄되는 직교 주파수 분할 다중 액세스 (orthogonal frequency division multiple access (OFDMA)) 방식을 기반으로 할 수 있을 것이다. 상기 전송 자원 블록들 (120, 122, 124)은 주파수 자원 블록들로서 또한 정의될 수 있을 것이며, 그 경우에 각 자원 블록 (120, 122, 124)는 미리 정해진 고정된 개수의 부반송파 (subcarrier)들을 포함한다. OFDMA는, 다중반송파 (multicarrier) 전송 신호가 주파수 도메인에서 분리된 복수의 부반송파들을 포함하는, 다중반송파 전송 방식으로서 알려졌다는 것을 상기한다. 파일롯 심볼들 (126, 128)은 상기 기지국 (11)과 상기 이동국 (100) 모두에게 알려진 패턴에 따라서 상기 자원 블록들 (120, 122, 124)에서 전송될 수 있을 것이다. 상기 이동국은 주어진 자원 블록 (120)의 품질을 상기 자원 블록 (120)에서 전송된 파일롯 심볼들 (126, 128)로부터 추정할 수 있을 것이다. 그러면, 상기 이동국은 채널 품질 표시자 (channel quality indicator (CQI)) 내에 상기 자원 블록 (120)의 상기 추정된 품질을 포함시킬 수 있을 것이며 그리고 상기 자원 블록들을 스케줄링할 때에 사용하기 위해 상기 CQI를 상기 기지국 (110)으로 전송한다. 상기 이동국 (100)은 몇몇의 자원 블록들에 대해 유사한 방식으로 품질을 추정할 수 있을 것이며, 그 경우 상기 이동국 (100)이 상기 CQI를 추정하기 위해 설정된 자원 블록들의 개수는, 예를 들면, 상기 셀 (105) 내에서의 전체 대역폭에 종속될 수 있을 것이다.

상기에서 언급된 것처럼, 상기 기지국 (110)은 상기 이동국으로부터 수신한 CQI들을 기반으로 하여 상기 이동국을 위한 자원 블록 스케줄링을 수행할 수 있을 것이며 그래서 자원 블록이 이동국으로 가장 바람직하게 스케줄되어 그 자원 블록에 대한 높은 품질을 나타내도록 한다.

상기 이동국 (100)에 의해 전송된 상기 CQI는 상기 COQ에 포함된 각 자원 블록에 대해 상기 이동국용으로 제안된 변조 및 코딩 방식을 또한 포함할 수 있을 것이다. 상기 이동국 (100)은 상기 품질을 미리 결정된 변조 및 코딩 방식으로 매핑하여 상기 자원 블록의 추정된 품질에 따라서 상기 변조 및 코딩 방식을 계산할 수 있을 것이다. 이런 맥락에서, 상기 코딩 방식은 채널 코딩의 강도를 참조한다.

발명의 배경기술 섹션에서 언급된 것과 같이, 상기 이동국 (100)은 독립적인 (또는 충분하게 상관되지 않은), 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 결정하고 그리고 이 정보를 상기 기지국으로 전송되는 CQI에 또한 포함시킨다. 다중-입력-다중-출력 (multiple-input-multiple-output (MIMO))으로 알려진 이런 유형의 전송 방식을 가능하게 하기 위해, 상기 기지국 (11)과 상기 이동국 (100) 모두에는 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이가 장착된다. 상기 기지국 (110)의 상기 안테나 어레이는 적어도 4개의 안테나들을 포함하는 것이 보통이지만, 상기 이동국 (100)의 안테나 개수는 상기 이동국 (100)의 작은 크기 때문에 보통은 2개로 제한된다. 상기 안테나 분리는 충분하게 커야 하며 (적어도 상기 통신 신호들 파장의 반), 그리고 상기 이동국 (100)의 물리적인 크기가 제한 요소인 것이 보통이다.

따라서, 상기 이동국 (100)은 상기 이동국 (100)과 상기 기지국 (110) 사이의 무선 채널의 임펄스 응답을 기술하는 채널 응답 행렬을 먼저 추정할 수 있을 것이다. 더 상세하게는, 상기 채널 응답 행렬은 각 전송 및 수신 안테나 쌍 사이에서의 채널 응답을 정의할 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 기지국 (110)이 4개의 안테나들을 포함하고 그리고 상기 이동국 (100)은 두 개의 안테나를 포함하면, 상기 이동국에서 계산된 채널 행렬은 2x4 채널 응답 행렬이 된다. 상기 채널 응답 행렬은 보통은 상기 수신된 파일럿 심볼들로부터 추정된다. 그러면, 상기 이동국 (100)은 이용 가능한, 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 결정하기 위해 상기 채널 응답 행렬의 랭크를 추정한다. 이용 가능한, 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 결정하는 것은, 각 자원 블록에 대해 상기 랭크 (또는 상기 랭크를 기술하는 랭크 행렬)를 먼저 계산하고 그리고 그 계산된 랭크들 또는 랭크 행렬들을 평균화함으로써 상기 이용 가능한 전체 대역폭에 대해서 추정될 수 있을 것이다. 추가로, 상기 랭크 추정으로부터 단-기간의 변이들을 제거하기 위해 시간-도메인 평균화가 수행될 수 있을 것이다. 상기 이동국이 이용 가능한, 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 결정하면, 상기 이동국은 상기 전송 신호들을 적절하게 가중치를 정하기 위해 상기 기지국에서 사용할 용도로 상기 통신 스트림에 대한 선-코딩 가중치들을 계산할 수 있을 것이다. 그러면, 상기 이동국은 이용 가능한 병렬 전송 스트림들의 개수 및 상기 계산된 선-코딩 가중치들에 관한 정보를 상기 CQI 내에 포함시킬 수 있을 것이다.

도 2는 이용 가능한, 공간적 병렬 통신 스트림의 개수를 결정하기 위해 랭크 추정을 수행하도록 구성된 무선 수신기의 블록도를 예시한다. 이 예에서, 상기 무선 수신기를 이동국 (100)으로 간주한다. 상기 이동국 (100)은 수신한 직교 주파수 분할 다중화 (OFDM) 무선 신호를 기저대역 신호로 프로세싱하고 그 기저대역 OFDM 신호를 아날로그-디지털 (A/D) 컨버터 (202)로 인가하도록 구성된 아날로그 수신 컴포넌트 (200)를 포함한다. 상기 A/D 컨버터 (202)는 상기 아날로그 기저대역 신호를 디지털 형상으로 변환한다. 상기 수신된 OFDM 신호가 상기 주파수 도메인에서 분리된 부반송파들을 포함하기 때문에, 상기 OFDM 신호를 주파수 도메인에서 처리하는 것이 때로는 바람직하다. 디지털화된 상기 OFDM 신호는 FFT 유닛 (204)에서 패스트 푸리에 변환 (FFT)를 이용하여 주파수 도메인으로 변환된다. 그러면, 상기 주파수 도메인 OFDM 신호는 파일럿 추출 유닛 (206)으로 인가된다. 상기 파일럿 추출 유닛 (206)은 다른 데이터 심볼들 및 제어 심볼들로부터 파일럿 심볼들을 추출하고, 그리고 그 파일럿 심볼들을 랭크 추정 유닛 (208)을 포함할 수 있을 채널 추정 유닛 (207)으로 인가한다. 상기 채널 추정 유닛 (207)은 상기 무선 채널의 응답을 기술하는 채널 응답 행렬을 상기 추출된 파일럿 심볼들로부터 형성할 수 있을 것이며, 그리고 상기 랭크 추정 유닛 (208)은 상기 채널 응답 행렬 상에 랭크 추정 절차를 수행할 수 있을 것이다. 상기 랭크 추정 유닛 (208)은 충분하게 상관되지 않은 (sufficiently uncorrelated), 공간적 병렬 통신 스트림의 개수를, 아래에서 더욱 상세하게 설명될 랭크 추정 절차에서 결정할 수 있을 것이다. 그러면, 상기 충분하게 상관되지 않은, 공간적 병렬 통신 스트림의 개수는 CQI 계산 유닛 (210)에 인가되며, 상기 CQI 계산 유닛 (210)은 상기 랭크 추정 유닛 (208)로부터 수신한 정보만이 아니라, 상기에서 설명된 것과 같이 상기 CQI에 관련된 다른 정보를 고려하여 CQI를 계산하도록 구성된다. 이제는 상기 랭크 추정 절차를 이론적인 관점에서 그리고 본 발명의 일 실시예에 따른 구현의 관점에서 우선 고려한다. 주어진 부반송파 상에서 수신된 파일럿 신호를 다음의 수학식과 같이 정의하는 것으로 시작한다:

이 경우 r₁ 및 r₂는 상기 이동국의 서로 다른 (두 개의) 안테나 엘리먼트들을 통해서 수신한 파일럿 심볼들을 나타내고, b₁ 및 b₂는 전송된 파일럿 심볼들을 나타내고 그리고 n₁ 및 n₂는 상기 이동국의 서로 다른 안테나 엘리먼트들을 통해서 수신한 잡음 성분들을 의미한다. 이 예에서, 상기 기지국 역시 두 개의 안테나 엘리먼트들을 구비하고, 그래서, 채널 응답 행렬 H는 h_ll, h₁₂, h₂₁ 및 h₂₂ 원소들을 포함하는 2x2 채널 행렬이 되며, 이 경우 h_ll은 상기 기지국의 제1 안테나 엘리먼트와 상기 이동국의 제1 안테나 엘리먼트 사이의 채널 응답을 의미하며, h₁₂는 상기 기지국의 제2 안테나 엘리먼트와 상기 이동국의 제1 안테나 엘리먼트 사이의 채널 응답을 의미하며, 이하 마찬가지이다. 명료함을 위하여, 2x2 행렬은 두 개의 행과 두 개의 열을 구비한 행렬이다. 상기 채널 응답 행렬 H는 이용 가능한 공간적으로 상관되지 않은 통신 스트림들의 개수, 즉, 채널 랭크를 결정하는데 있어서 특히 흥미 대상이다. 통신 이론에서, 상기 채널 랭크는 행렬 R = HSH의 영-아닌 고유값들의 개수로서 계산될 수 있을 것이며, 이 경우 S는 에르미트 전치 (Hermitian transpose) 연산을 의미하고, 즉, HS는 행렬 H의 복소수 공액 전치 (complex conjugate transpose)를 의미한다. 이 설명에서, 랭크가 실제로 추정되는 행렬 R은 채널 행렬 표현으로서 참조되며, 이는 상기 기지국과 상기 이동국 사이에서의 무선 채널의 성질 (proporty)들을 설명한다. 이 예에서, 상기 채널 행렬 표현 R은 원래 2x2 행렬이지만 그것은 또한 상기 채널 행렬의 상관 행렬이다. 아래에서 설명될 것과 같이, 상기 2x2 채널 행렬 표현 R은 상기 채널 응답 행렬 H의 차원에 따라서 상이한 방식으로 얻어질 수 있을 것이다.

작은 2x2 행렬의 고유값들을 계산하기 위해서 계산기 사용을 하도록 하는 방법은 그 행렬의 특성 방정식 (characteristic equation)의 근들을 계산하는 것이다. 이 예에서, 상기 채널 행렬 표현 R의 특성 방정식은 다음의 수학식 2와 같이 정의된다:

이 경우 λ는 고유값 (eigenvalue)을 의미하고, I는 단위 행렬 (identity matrix) 그리고 |ㆍ|은 상기 행렬의 행렬식 (determinant)을 의미한다. 수학식 2를 풀면 다음의 수학식 3과 같은 식이 산출된다

이 2차 방정식의 근들은 잘 알려진 2차 방정식의 근의 공식에 따라서 다음과 같이 계산될 수 있을 것이다.

동등하게, 수학식 4는 상기 채널 행렬 H의 원소들을 이용하여 다음과 같이 정의될 수 있을 것이다:

구현의 관점에서 보면, 근 λ_l 그리고 λ₂를 계산하는데 있어서의 제곱근 연산은 가장 심각한 도전이다. 이는 제곱근 연산을 계산하는 것은 실제의 구현에 있어서는 매우 복잡한 작업이기 때문이다. 본 발명은 상기 제곱근 연산의 복잡한 계산에 대한 필요를 피하여 상기 랭크 추정의 복잡도를 감소시키는 것을 목표로 한다. 상기에서 언급된 것과 같이, 상기 채널 행렬의 랭크는 영-아닌 고유값의 개수이다. 실제의 구현들에서, 추정 잡음은 항상 존재하며, 그러므로, 채널 추정은 절대로 영-값의 고유값이 생기게 하지 않는다. 다른 말로 하면, 영-아닌 고유값의 개수를 결정하는 것은 필요 없다. 이는 아주 심하게 상관된 공간적인 통신 스트림인 경우에도 영-아닌 고유값들의 개수는 고유값들의 개수와 항상 동일하기 때문이다. 이용 가능한 공간적인 통신 스트림들의 개수인 채널 행렬 H의 실제 랭크를 결정하기 위해, 상기 고유값들의 비율 (proportion)들이 관심의 대상이다. 상기 고유값들의 비율들은 그것들의 상호 비율들을 결정하기 위해 서로 비교될 수 있을 것이다. 상기 채널 행렬의 랭크는 항상 적어도 1이라고 가정한다. 즉, 적어도 하나의 고유값은 영과는 아주 다른 것이라고 가정한다. 2x2 채널 행렬 표현 R이 두 개의 고유값을 가지면, 그 두 고유값들의 상호 비율들은 서로 비교될 수 있을 것이며, 그리고 상기 채널의 실제 랭크는 그 비교를 기반으로 하여 결정될 수 있을 것이다. 그 두 고유값들이 서로 아주 근접하면, 이용 가능한 공간적 통신 스트림들의 개수는 2로 결정될 수 있을 것이며, 그리고 그 두 고유값들이 서로 아주 많이 다르면, 이용 가능한 공간적인 통신 스트림들의 개수는 1로 결정될 수 있을 것이다. 상기 상호 비율들은, 예를 들면, 고유값 비율은 λ_l/λ₂ 으로서 정의될 수 있을 것이다. 표기를 간단하게 하기 위해, 먼저 다음의 식과 같이 정의한다:

즉, 'a'는 상기 채널 행렬 표현 R의 직각 원소들의 합을 그리고/또는 상기 채널 응답 행렬 H의 원소들의 절대값의 제곱들의 합을 의미하며, 그리고 'b'는 상기 채널 행렬 표현 R의 구적 (quadrature) 특성 방정식의 근들을 풀이하는데 있어서의 판별식을 의미한다. 이제, 고유값 λ_l, λ₂ 비율은 다음의 식과 같이 정의된다:

상기 수학식 7의 오른쪽 부분에서의 비율은 아래의 식에서 정의된 것과 아주 정확하게 근사될 수 있을 것이다:

상기 수학식 8에서의 근사로부터, 테스트 함수가 유도되어 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 결정할 수 있을 것이며, 그 테스트 함수는 다음의 식과 같이, 상기 제1 고유값과 제2 고유값 비율을 미리 정해진 문턱값 TH와 비교한 것을 기반으로 할 수 있을 것이다.

상기 수학식 9에서, 수학식 8에서 두 식을 곱한 것이 상기 문턱값 TH에서 우선 고려된다. 따라서, 상기 시험 함수가 거짓 (false)이면 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수는 2라고 결정될 수 있을 것이며, 상기 테스트 함수가 참 (true)이면 이용 가능한 공간적 병렬 통신 시스템들의 개수는 1이라고 결정될 수 있을 것이다. 그러나, 이 테스트 함수는 실제의 구현들에 있어서는 역시 아주 복잡한 작업인 나누기를 포함하고 있다. 또한, a²-b 의 작은 값들이 대략 0이 될 수도 있을 고정-소수점 구현들에 있어서는 0으로 나누어질 경우도 있다. 상관 행렬은 채널 응답 행렬 H에 그 행렬의 에르미트 전치 HS를 곱한 것에 의해 얻어진다는 사실로 인해서, 상관 행렬은 원래 양의 준정부호 (semi-definite)이므로, 수학식 9는 다음과 같이 변형될 수 있을 것이다:

이제, 복잡한 나누기 연산과 영으로 나누어지는 위험을 피하게 되었다. 수학식 10의 테스트 함수를 참조하면, 상기 식의 왼쪽 (a²+b)은 상기 제1 고유값의 추정을 나타내는 것으로 해석될 수 있을 것이며, 반면 a²-b는 제2 고유값의 추정을 나타내는 것으로 해석될 수 있을 것이다. 따라서, 상기 판별식으로부터의 제곱근 연산, 즉, 상기 2차 특성 방정식의 근들을 풀이하는데 있어서의 b의 제곱근은 판별식 b 그 자체에 의해 대체되어 제곱근 연산을 하지 않게 하고, 그럼으로써, 복잡한 제곱근 연산을 계산할 필요를 피하게 하고 그리고 채널 추정 유닛 (207), 랭크 추정 유닛 (208) 및 프로세싱 유닛 (212)의 복잡도를 줄이게 한다. 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 랭크 추정 절차를 이제 설명한다. 상기 절차는 상기 무선 수신기의 프로세싱 유닛 (212)에서 수행되고, 그리고 특히 상기 채널 추정 유닛 (207)에서 수행될 수 있을 것이다. 상기 절차는 블록 300에서 시작한다.

블록 (302)에서, 상기 채널 응답 행렬 H는 상기 전송기로부터 수신한 파일럿 심볼들로부터 추정된다. 상기에서 언급된 것과 같이, 상기 채널 응답 행렬 H는 모든 전송기 안테나와 수신기 안테나의 쌍들 사이에서의 무선 채널의 (임펄스) 응답을 기술한다 (describe). 블록 304에서, 상기 채널 행렬 표현은 상기 채널 응답 행렬에 그 행렬의 에르미트 전치 (Hermitian transpose)를 적절하게 곱하여 계산되어, 그 채널 행렬 표현을 2x2 행렬로서 얻게된다. Rank(H)=Rank(HHS)=Rank(HSH)=Rank(R) 라는 것이 행렬 이론으로부터 알려져 있다. 따라서, 전송기 또는 수신기 중의 어느 하나가 두 개의 안테나를 구비하는 한, 본 발명의 실시예들에 따라서 2x2 채널 행렬에 대해 랭크 추정을 적용하기 위해 상기 채널 행렬 H를 적절하게 곱함으로써, 상기 채널 행렬 H는 상기 2x2 채널 행렬 표현 R로 변형될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 채널 행렬 H가, 상기 수신기가 4개의 안테나들을 구비하고 그리고 상기 전송기는 2개의 안테나들을 구비하는 경우를 나타내는, 4x2 행렬 (4개의 행과 2개의 열)이면, 상기 2x2 채널 행렬 표현 R은 HSH를 계산하여 얻어진다. 상기 채널 행렬 H가, 상기 수신기가 2개의 안테나들을 구비하고 그리고 상기 전송기는 3개의 안테나들을 구비하는 경우를 나타내는, 2x3 행렬 (2개의 행과 3개의 열)이면, 상기 2x2 채널 행렬 표현 R은 HHS를 계산하여 얻어진다.

그러면, 블록 306에서 테스트 함수가 계산된다. 실제, 'a' 값 및 'b' 값이 우선 계산되며, 'a'는 상기 22x 채널 행렬 표현 R의 주 대각 원소들 r₁₁ 및 r₂₂을 더해서 계산될 수 있을 것이며 그리고 'b'는 b=(r₁₁-r₂₂)²+4x|r₁₂|²로 계산될 수 있을 것이다. 대안으로,

'a' 값 및 'b'는 상기 채널 응답 행렬 H의 원소들로부터 직접적으로 유도될 수 있을 것이다. 예를 들면, 상기 채널 응답 행렬 H가 2x4 행렬이면, 상기 2x4 채널 행렬 표현의 원소들은 다음과 같이 된다:

'a' 값 및 'b'를 계산한 후에, 수학식 10에 의해 정의된 실제의 테스트 함수가 형성된다. 실제로, 'a²+b' 그리고 'a²-b'가 먼저 계산되고 그리고 문턱값 TH가 상기 문턱값 TH를 저장하고 있는 메모리 유닛으로부터 얻어진다. 상기 문턱값 TH는 상기 메모리 유닛에 미리 저장될 수 있었을 것이며, 그리고 고정되어 유지될 수 있을 것이다. 블록 308에서, 수학식 10의 상기 테스트 함수가 참인가의 여부가 판별된다. 상기 테스트 함수가 참인 것으로 판별되면, 즉, 'a²+b'가 'a²-b'에 상기 문턱값 TH를 곱한 것보다 여전히 더 크면, 상기 프로세스는 블록 312로 이동하며, 그 블록 312에서는, 상기 채널 응답 행렬 H의 두 개의 고유값들이 서로 충분하게 가깝지 않은가 그리고 상기 채널 응답 행렬 H의 실제 랭크가 하나인가의 여부가 판별된다. 다른 말로 하면, 산기 전송기 그리고 수신기 사이의 공간적으로 충분하게 상관하지 않는 통신 스트림의 개수가 하나인가의 여부가 판별된다. 반면에, 상기 테스트 함수가 거짓으로 판별되면, 즉, 'a²+b'가 'a²-b'에 상기 문턱값 TH를 곱한 것보다 더 크지 않으면, 상기 프로세스는 블록 310으로 이동하며, 그 블록 310에서는, 상기 채널 응답 행렬 H의 두 개의 고유값들이 서로 충분하게 가까운가 그리고 상기 채널 응답 행렬 H의 실제 랭크가 하나인가의 여부가 판별된다. 다른 말로 하면, 산기 전송기 그리고 수신기 사이의 공간적으로 충분하게 상관하지 않는 통신 스트림의 개수가 둘인가의 여부가 판별된다.

상기에서 언급된 것과 같이, 도 3에서 설명된 프로세스는 상기 무선 수신기의 프로세싱 유닛 (또는 프로세서) 내에서 수행될 수 있을 것이다. 상기 프로세싱 유닛은 상기에서 설명된 모바일 원거리통신 시스템의 이동국에서 동작하도록 구성될 수 있을 것이다. 상기 프로세싱 유닛은 상기 채널 행렬 표현을 계산하기 위한 수단, 상기 고유값들의 비율들을 검사하기 위한 수단 그리고 이용 가능한 병렬의 공간적 통신 스트림들의 개수를 결정하기 위한 수단의 일 예로서 간주될 수 있을 것이다. 상기 프로세싱 유닛은 상기 프로세싱 유닛이 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들을 계산하는 파일럿 심볼들 또는 상기 채널 응답 행렬 H를 수신하기 위한 인터페이스를 포함할 수 있을 것이다. 이런 맥락에서, 상기 프로세싱 유닛의 상기 인터페이스는 상기 프로세싱 유닛의 포트 또는 버스와 같은 물리적인 인터페이스일 수 있을 것이며, 또는 두 개의 서로 다른 컴퓨터 프로그램들 사이의 인터페이스일 수 있을 것이다. 이용 가능한 공간적 통신 스트림들의 개수는 주파수 자원 블록들을 통해서 평균화될 수 있을 것이며 그래서 상기 무선 수신기는 상기 CQI가 계산되는 전체 대역폭을 나타내는, 이용 가능한 공간적 통신 스트림의 개수에 대한 단일 값을 얻도록 한다. 상기 프로세싱 유닛은 추정으로부터 일시적인 변이들을 제거하기 위해, 정해진 평균화 윈도우를 이용하여, 상기 이용 가능한 공간적 통신 스트림의 개수를 시간에 따라 또한 평균화할 수 있을 것이다. 상기 시간-도메인 평균화 윈도우는, 예를 들면, 30 ms까지 올라갈 수 있을 것이다. 상기 이용 가능한 공간적 통신 스트림들의 개수를 결정하면, 상기 프로세싱 유닛은 상기 이용 가능한 공간적 통신 스트림들의 결정된 개수를 상기 무선 전송기, 예를 들면, 기지국으로 전송될 상기 COI 내에 포함시킬 수 있을 것이며, 그리고 그 CQI를 전송할 수 있을 것이다.

도 3에서 설명된 프로세스 또는 방법은 컴퓨터 프로그램에 의해 정의된 컴퓨터 프로세스의 형상으로 또한 수행될 수 있을 것이다. 상기 컴퓨터 프로그램은 소스 코드 모습, 오브젝트 코드 모습 또는 어떤 중간적인 형상을 하고 있을 수 있을 것이며, 그리고 그 컴퓨터 프로그램은 일부 종류의 캐리어 내에 저장될 수 있을 것이며, 그런 캐리어는 상기 프로그램을 운반할 수 있는 임의의 개체일 수 있을 것이다. 그런 캐리어들은, 예를 들면, 기록 매체, 컴퓨터 메모리, 읽기-전용 메모리, 전기 캐리어 신호, 원거리통신 신호 및 소프트웨어 배포 패키지를 포함한다. 필요한 프로세싱 전력에 종속되어, 상기 컴퓨터 프로그램은 단일의 전자 디지털 프로세싱 유닛에서 실행될 수 있을 것이며 또는 많은 프로세싱 유닛들 사이로 배포될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기에서 정의된 셀룰러 모바일 원거리 통신 시스템 또는 모바일 원거리 통신 시스템에 적용 가능하지만, 다른 적합한 원거리 통신 시스템들에도 또한 적용될 수 있다. 사용된 프로토콜들, 모바일 원거리 통신 시스템의 규격들, 그것들의 네트워크 엘리먼트들 및 가입자 단말들은 빠르게 발전한다. 그런 발전은 상기 설명된 실시예들도 추가적인 변경을 할 필요가 있을 수 있을 것이다. 그러므로, 본원에서 사용된 모든 단어들과 표현들은 넓게 해석되어야만 하며, 그것들은 상기 실시예들을 예시하려는 것이며, 한정할 의도를 가진 것은 아니다.

본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는, 기술이 진전함에 따라, 본 발명의 개념은 다양한 방식들로 구현될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 본 발명과 그 실시예들은 상기에서 설명된 예들에 한정되는 것이 아니며, 청구범위의 범위 내에서 변할 수 있을 것이다.

Claims

무선 전송기의 전송 안테나 어레이와 무선 수신기의 수신 안테나 어레이 사이의 무선 채널의 성질들을 나타내는 2x2 채널 행렬 표현을 계산하고;
상기 채널 행렬 표현의 제1 고유값 (eignevalue) 및 제2 고유값의 상호 비율들을, 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2차 특성 방정식 (quadratic characteristic equation)의 근들의 해 (solution)의 원소들을 포함하며, 제곱근 연산을 하지 않으면서 상기 2차 특성 방정식의 근들의 해의 판별식을 포함하는 테스트 함수를 이용하여 검사하며; 그리고
상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 고유값들의 상기 상호 비율들로부터 결정하는 것을 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 무선 수신기의 프로세서에서 결정하고; 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 상기 결정된 개수를 무선 자원 할당을 위해 상기 무선 전송기로 전송하는 것을 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
각 전송 안테나와 각 수신 안테나 사이의 무선 채널의 응답을 기술하는 (describing) 채널 응답 행렬이 응답이 동일하지 않은 개수의 행들과 열들을 가지며, 이 경우 행들의 개수 또는 열들의 개수 중의 어느 하나가 2이면, 상기 채널 응답 행렬을 상기 채널 응답 행렬의 공액 복소수 전치 (complex conjugate transpose)와 곱함으로써 상기 채널 응답 행렬로부터 상기 2x2 채널 행렬 표현을 형성하는 것을 더 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
상기 제1 고유값의 추정을 상기 제2 고유값의 추정에 미리 결정된 문턱값을 곱한 것과 비교함으로써, 상기 채널 행렬 표현의 상기 제2 고유값에 대한 상기 제1 고유값의 비율을 상기 테스트 함수를 이용하여 시험하고; 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 비교의 결과로부터 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.
제4항에 있어서,
상기 테스트 함수는 a²+b > TH(a²-b)로 표현되며,
이 경우 'a²+b'는 상기 제1 고유값의 근사값을 나타내며, 'a²- b'는 상기 제2 고유값의 근사값을 나타내며 그리고 'TH'는 상기 문턱값을 나타내며,
상기 결정하는 것은,
상기 테스트 함수가 거짓 (false)이면, 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 2로 결정하고; 그리고
상기 테스트 함수가 참 (true)이면, 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 1로 결정하는 것을 더 포함하는, 방법.
제5항에 있어서,
상기 채널 행렬이 2x2 행렬이면, 'a'는 상기 채널 행렬의 각 원소의 크기의 제곱의 합을 포함하며, 그리고 'b'는 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2도 (second-degree) 특성 방정식의 판별식을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은,
상기 무선 수신기에서, 상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 병렬 주파수 자원 블록들의 결정된 개수에 대한 평균으로서 결정하고; 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 결정된 개수를 상기 무선 전송기로 전송하는 것을 더 포함하는, 방법.
무선 전송기의 전송 안테나 어레이와 무선 수신기의 수신 안테나 어레이 사이의 무선 채널의 성질들을 나타내는 정보를 수신하도록 구성된 인터페이스; 및
상기 인터페이스를 통해서 수신한 상기 정보로부터 상기 무선 채널의 성질들을 나타내는 2x2 채널 행렬 표현을 계산하고,
상기 채널 행렬 표현의 제1 고유값 (eignevalue) 및 제2 고유값의 상호 비율들을, 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2차 특성 방정식의 근들의 해 (solution)의 원소들을 포함하는 테스트 함수를 이용하여 검사하도록 구성된 프로세서를 포함하는 장치로서,
상기 테스트 함수는 제곱근 연산을 하지 않으면서 상기 2차 특성 방정식의 근들의 해의 판별식을 더 포함하며, 그리고
상기 프로세서는 상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 고유값들의 상기 상호 비율들로부터 결정하도록 구성된, 장치.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는 또한,
상기 무선 수신기에서 사용되도록 구성되고 그리고 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 결정된 개수를 무선 자원 할당을 위해 상기 인터페이스를 통해서 상기 무선 전송기로 전송하도록 구성된, 장치.
제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
각 전송 안테나와 각 수신 안테나 사이의 무선 채널의 응답을 기술하는 (describing) 채널 응답 행렬이 응답이 동일하지 않은 개수의 행들과 열들을 가질 때, 그 경우 행들의 개수 또는 열들의 개수 중의 어느 하나가 2이면, 상기 채널 응답 행렬을 상기 채널 응답 행렬의 공액 복소수 전치 (complex conjugate transpose)와 곱함으로써 상기 채널 응답 행렬로부터 상기 2x2 채널 행렬 표현을 형성하도록 또한 구성된, 장치.
제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 제1 고유값의 추정을 상기 제2 고유값의 추정에 미리 결정된 문턱값을 곱한 것과 비교함으로써, 상기 채널 행렬 표현의 상기 제2 고유값에 대한 상기 제1 고유값의 비율을 상기 테스트 함수를 이용하여 시험하고 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 비교의 결과로부터 결정하도록 또한 구성된, 장치.
제11항에 있어서,
상기 테스트 함수는 a²+b > TH(a²-b)로 표현되며,
이 경우 'a²+b'는 상기 제1 고유값의 근사값을 나타내며, 'a²- b'는 상기 제2 고유값의 근사값을 나타내며 그리고 'TH'는 상기 문턱값을 나타내며,
그리고, 상기 프로세서는,
상기 테스트 함수가 거짓 (false)이면, 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 2로 결정하고, 그리고
상기 테스트 함수가 참 (true)이면, 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 1로 결정하도록 또한 구성된, 장치.
제12항에 있어서,
상기 채널 행렬이 2x2 행렬이면, 'a'는 상기 채널 행렬의 각 원소의 크기의 제곱의 합을 포함하며, 그리고 'b'는 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2도 (second-degree) 특성 방정식의 판별식을 포함하는, 장치.
제8항에 있어서, 상기 프로세서는,
상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 병렬 주파수 자원 블록들의 결정된 개수에 대한 평균으로서 결정하고, 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 결정된 개수를 상기 무선 전송기로 전송하도록 또한 구성된, 장치.
제8항에 있어서,
상기 프로세서는 모바일 원거리 통신 시스템의 이동국의 일부로서 동작하도록 또한 구성된, 장치.
무선 전송기의 전송 안테나 어레이와 무선 수신기의 수신 안테나 어레이 사이의 무선 채널의 성질들을 나타내는 2x2 채널 행렬 표현을 계산하기 위한 계산 수단;
상기 채널 행렬 표현의 제1 고유값 (eignevalue) 및 제2 고유값의 상호 비율들을, 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2차 특성 방정식의 근들의 해 (solution)의 원소들을 포함하는 테스트 함수를 이용하여 검사하기 위한 검사 수단으로서, 상기 테스트 함수는 제곱근 연산을 하지 않으면서 상기 2차 특성 방정식의 근들의 해의 판별식을 포함하는, 검사 수단 ; 및
상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 고유값들의 상기 상호 비율들로부터 결정하기 위한 결정 수단을 포함하는, 장치.
제16항에 있어서, 상기 장치는,
각 전송 안테나와 각 수신 안테나 사이의 무선 채널의 응답을 기술하는 (describing) 채널 응답 행렬로부터 상기 2x2 채널 행렬 표현을 형성하기 위한 형성 수단을 더 포함하며,
상기 형성 수단은, 상기 채널 응답 행렬이 응답이 동일하지 않은 개수의 행들과 열들을 가지고 그리고 상기 채널 응답 행렬의 행들의 개수 또는 열들의 개수의 중의 어느 하나가 2이면, 상기 채널 응답 행렬을 상기 채널 응답 행렬의 공액 복소수 전치 (complex conjugate transpose)와 곱함으로써 상기 채널 응답 행렬로부터 상기 2x2 채널 행렬 표현을 형성하는, 장치.
제16항에 있어서,
상기 시험 수단은 상기 제1 고유값의 추정을 상기 제2 고유값의 추정에 미리 결정된 문턱값을 곱한 것과 비교함으로써, 상기 채널 행렬 표현의 상기 제2 고유값에 대한 상기 제1 고유값의 비율을 상기 테스트 함수를 이용하여 시험하도록 또한 구성되며; 그리고
상기 결정 수단은 상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 비교의 결과로부터 결정하도록 또한 구성된, 장치.
컴퓨터 프로그램을 저장하는, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램은 프로세서로 하여금:
무선 전송기의 전송 안테나 어레이와 무선 수신기의 수신 안테나 어레이 사이의 무선 채널의 성질들을 나타내는 2x2 채널 행렬 표현을 계산하고;
상기 채널 행렬 표현의 제1 고유값 (eignevalue) 및 제2 고유값의 상호 비율들을, 상기 2x2 채널 행렬 표현의 2차 특성 방정식의 근들의 해 (solution)의 원소들을 포함하며, 제곱근 연산을 하지 않으면서 상기 2차 특성 방정식의 근들의 풀이의 판별식을 포함하는 테스트 함수를 이용하여 검사하며; 그리고
상기 전송 안테나 어레이와 상기 수신 안테나 어레이 사이의 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 고유값들의 상기 상호 비율들로부터 결정하는 것을 수행하게 제어하도록 구성된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체.
제19항에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은 프로세서로 하여금,
각 전송 안테나와 각 수신 안테나 사이의 무선 채널의 채널 응답을 기술하는 (describing) 채널 응답 행렬이 응답이 동일하지 않은 개수의 행들과 열들을 가지면, 그 경우 행들의 개수 또는 열들의 개수 중의 어느 하나가 2이면, 상기 채널 응답 행렬을 상기 채널 응답 행렬의 공액 복소수 전치 (complex conjugate transpose)와 곱함으로써 상기 채널 응답 행렬로부터 상기 2x2 채널 행렬 표현을 형성하는 것을 더 수행하게 제어하도록 구성된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체.
제19항에 있어서,
상기 컴퓨터 프로그램은 프로세서로 하여금,
상기 제1 고유값의 추정을 상기 제2 고유값의 추정에 미리 결정된 문턱값을 곱한 것과 비교함으로써, 상기 채널 행렬 표현의 상기 제2 고유값에 대한 상기 제1 고유값의 비율을 상기 테스트 함수를 이용하여 시험하고; 그리고
상기 이용 가능한 공간적 병렬 통신 스트림들의 개수를 상기 비교의 결과로부터 결정하는 것을 더 수행하게 제어하도록 구성된, 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장 매체.