KR101126812B1 - 다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법, 수신 방법, 송신기 및 수신기 - Google Patents

다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법, 수신 방법, 송신기 및 수신기 Download PDF

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Abstract

N개의 송신 안테나를 지닌 다중 안테나 통신 시스템에서 데이터를 통신하기 위한 방법과 장치가 제공된다. 본 발명의 일 태양에 따르면, 한 헤더(header) 포맷에는 적어도 하나의 롱 레거시 트레이닝 필드(legacy training field)를 갖는 레거시 프리앰블(legacy preamble)과, 상기 N개의 송신 안테나 각각에서 적어도 N개의 롱 부가 트레이닝 필드를 갖는 연장 부분이 포함된다. 상기 N개의 롱 부가 트레이닝 필드는 N개의 송신 안테나를 거쳐 톤 인터리브(tone interleave)될 수 있으며, MIMO(Multiple Input Multiple Output: 다중 입력 다중 출력) 채널추정을 위하여 사용된다. 상기 연장 부분은 파워 추정을 위한 쇼트 트레이닝 필드를 포함할 수 있다. 이 쇼트 트레이닝 필드는 N개의 송신 안테나를 거쳐 톤 인터리브 될 수 있으며, 빔 조종(beam steering)을 지원하기 위하여 연장된 지속기간을 갖는다.

Description

다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법, 수신 방법, 송신기 및 수신기{METHOD AND APPARATUS FOR PREAMBLE TRAINING IN A MULTIPLE ANTENNA COMMUNICATION SYSTEM}
본 출원은 2004년 6월 10일자 출원된 미국 가출원 번호 제 60/578,776호의 우선권을 주장하며, 이 가출원은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
본 발명은 일반적으로 다중 안테나 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 특히 다중 안테나 통신 시스템을 위한 프리앰블 트레이닝(preamble training) 기술에 관한 것이다.
다중 전송 및 수신 안테나들은 다음 세대의 무선랜(WLAN: Wireless Local Area Network) 시스템에서 향상된 견고성과 용량 모두를 제공하도록 제안되어 왔다. 이 향상된 견고성은 다중 안테나를 지닌 시스템에서 제공되는 공간 다이버시티(spatial diversity)와 추가적인 이득(gain)을 활용하는 기술을 통하여 달성될 수 있다. 상기 향상된 용량은 대역폭에 효율적인 MIMO(Multiple Input Multiple Output: 다중 입력 다중 출력) 기술을 갖는 다중경로 페이딩(multipath fading) 환 경에서 달성될 수 있다. 다중 안테나 통신 시스템은 개별 데이터 스트림들을 다중 송신 안테나 상에서 전송함으로써 주어진 채널 대역폭에서 데이터 전송률을 향상시킨다. 각 수신기는 이들 데이터 스트림의 조합을 다중 수신 안테나에서 수신한다.
상이한 데이터 스트림들을 적절하게 수신하기 위하여, 다중 안테나 통신 시스템에서의 수신기들은 트레이닝(training)을 통하여 채널 매트릭스(channel matrix)를 획득해야 한다. 이것은 일반적으로 특정한 트레이닝 심볼 또는 프리앰블(preamble)을 사용하여 동기화 및 채널 추정을 수행함으로써 달성될 수 있다. 다중 안테나 통신 시스템은 레거시(legacy: 기존에 사용되는 것) 단일 안테나 통신 시스템[일반적으로, 단일 입력 단일 출력(SISO: Single Input Single Output) 시스템으로 호칭됨)]과 공존하는 것이 바람직하다. 따라서, 레거시(단일 안테나) 통신 시스템은 다중 안테나 통신 시스템에 의하여 전송되는 프리앰블들을 해석할 수 있어야 한다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 직교 주파수 분할 다중화) 변조에 기반을 둔 대부분의 레거시 WLAN 시스템들은 IEEE 802.11a 또는 IEEE 802.11g 표준(이후, "IEEE 802.11a/g"로 호칭함)을 만족한다. 일반적으로, 레거시 장치에서 보여지는 프리앰블 신호는 레거시 장치가 이해할 필요가 있는 패킷 부분을 위한 정확한 동기화 및 채널 추정을 허용해야 한다. 이전의 MIMO 프리앰블 포맷은 오버헤드(overhead)를 감소시키고 효율을 향상시키기 위하여 레거시 트레이닝 프리앰블을 재사용 해왔다. 일반적으로, 제안된 MIMO 프리앰블 포맷은 연장된 MIMO 프리앰블 포맷이 각각의 송신 안테나 또는 공간 스트림을 위한 적어도 하나의 롱(long) 트레이닝 심볼을 포함하도록, 레거시 트레이닝 프리앰블 및 추가의 롱 트레이닝 심볼들을 포함한다.
다수의 프레임 포맷들이 MIMO-OFDM 시스템들과 같은 다중 안테나 통신 시스템을 발전시키기 위하여 제안되어 왔다. 종래의 프레임 포맷들은 부정확한 파워 측정이나 시기가 지난 주파수 오프셋 및 타이밍 오프셋 정보와 같은 MIMO 시스템을 위한 부정확한 추정을 제공하거나, 몇몇 판매자들의 레거시 장치들에 대해 완전한 역방향 호환성(backward compatibility: 이전 장치까지 아우르는 호환성)을 제공하지 못한다. 한가지 제안된 MIMO 프레임 포맷에 있어서, 각각의 송신 안테나는 하나 또는 그 이상의 롱 트레이닝 심볼들을 순차적으로 전송하여, 하나의 송신 안테나 만 한번에 활성화 된다. 그러나, 송신 안테나가 온 및 오프로 전환될 때, 해당 파워 증폭기의 온도는 각각 증가 및 감소할 것이다. 일반적으로, 이러한 파워 증폭기의 가열 및 냉각은 전송된 신호가 소망 신호에 비해 위상 또는 진폭 오프셋을 갖게 만드는 "호흡(breathing)" 효과를 야기할 것이다.
그러므로, 온도와 관련된 신호 "호흡"을 피하도록 모든 송신 안테나로부터의 연속적인 전송을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 추가로 제안된 MIMO 프레임 포맷들에서, 상이한 송신 안테나에 걸친 주기적 지연 다이버시티(CDD: Cyclic Delay Diversity) 또는 톤-인터리빙(tone-interleaving)을 사용하여 직교성이 유지된다. 그러나 상기 CDD 쇼트 트레이닝 심볼은 수신된 신호 전력을 충분한 정확도로 측정할 수 없다. 따라서, RF 체인에서 추가적인 백오프(backoff)가 필요하고, 추가적인 동작범위(dynamic range)가 디지털화 프로세스에서 필요하다. 유사하게 톤 인터리브 설계는 타이밍 동기화를 위해 쇼트 트레이닝(short training)을 사용하거나 시간 영역 채널 추정을 사용하는 다수의 종래 802.1a/g 장치들과 완전한 역방향 호환(backward compatible: 이전 장치까지 아우르는 호환)이 되지 않는다.
그러므로, 현재의 IEEE 802.11a/g 표준(SISO) 시스템과 호환되는 MIMO-OFDM 시스템에서 채널 추정과 트레이닝을 수행하고, MIMO-OFDM 기반의 WLAN 시스템들을 SISO 시스템들과 효과적으로 공존하도록 하기 위한 방법 및 시스템의 필요성이 존재한다. 또한, MIMO 프리앰블 포맷들과 향상된 자동 이득 제어를 제공하는 트레이닝 기술들의 필요성이 존재한다.
일반적으로, N개의 송신 안테나를 갖는 다중 안테나 통신 시스템에서 데이터 통신을 하기 위한 방법들과 장치들이 제공된다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 개시된 헤더 포맷에는 적어도 하나의 롱 레거시 트레이닝 필드를 갖는 레거시 프리앰블과, N개의 송신 안테나 각각에 적어도 N개의 추가적인 롱 트레이닝 필드가 구비된 연장 부분이 포함된다. 상기 N개의 추가적인 롱 트레이닝 필드들은 N개의 송신 안테나에 걸쳐 톤 인터리브 될 수 있으며, MIMO 채널 추정을 위하여 사용된다. 상기 연장 부분은 파워 추정을 위한 쇼트 트레이닝 필드를 포함할 수 있다. 이 쇼트 트레이닝 필드는 N개의 송신 안테나에 걸쳐 톤 인터리브 될 수 있으며 빔 조종을 지원하기 위하여 연장된 지속기간을 가진다.
본 발명의 보다 완전한 이해뿐 만 아니라 본 발명의 추가적인 특징들과 장점들은 다음의 상세한 설명과 도면들을 참조로 얻어질 것이다.
도 1은 예시적인 MIMO 송신기의 개략적인 블록도이다.
도 2는 예시적인 MIMO 수신기의 개략적인 블록도이다.
도 3은 IEEE 802.11a/g 표준에 따르는 종래의 프레임 포맷을 나타낸다.
도 4는 CDD를 사용하는 예시적인 역방향 호환성 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 5는 CDD 신호의 발생을 나타낸다.
도 6은 톤 인터리빙에 기초한 대안적인 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 7은 RTS/CTS 보호를 갖는 MIMO 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 8은 802.11a/g 레거시 장치들과 역방향 호환되는 본 발명의 특징들을 포함하는 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 9는 MIMO 파워(AGC)를 측정하기 위한 도 8의 쇼트 트레이닝 심볼에 대한 예시적인 설계를 나타낸다.
도 10은 도 1의 송신기에서 도 8의 쇼트 트레이닝 심볼을 발생시키기 위한 예시적인 구조들을 나타낸다.
도 11은 예시적인 두개의 전송 브랜치 구현(또는 두개의 공간 스트림의 경우)에 있어서 도 8의 제 1의 롱 트레이닝 심볼에 대한 예시적인 설계를 나타낸다.
도 12는 예시적인 두개의 전송 브랜치 구현(또는 두개의 공간 스트림의 경우)에 있어서 도 8의 제 2의 롱 트레이닝 심볼에 대한 예시적인 설계를 나타낸다.
도 13 및 14는 예를 들어, 각각 3 및 4개의 송신 안테나 구현들인 본 발명의 특징들을 포함하는 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 15는 대안적인 역방향 호환성 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 16은 프리앰블의 길이를 감소시키는 본 발명의 특징들을 포함하는 대안적인 프리앰블 설계를 나타낸다.
도 17은 SVD-MIMO를 위한 본 발명의 프리앰블 포맷을 연장시키는 송신기의 개략적인 블록도이다.
도 18은 SVD-MIMO를 위한 프리앰블 포맷을 나타낸다.
도 19는 하이브리드 프리앰블 설계를 나타낸다.
본 발명은 MIMO 시스템에 대한 프리앰블 트레이닝을 위한 프리앰블 포맷과 기술들을 제공한다. MIMO 전송의 트레이닝 단계는 두개의 단계를 포함할 것이다. 제 1 트레이닝 단계는 레거시 트레이닝 단계로서, 예를 들어 WLAN OFDM 레거시 시스템들에 특히 적합하며, 제 2 단계는 MIMO 시스템과 같은 다중 안테나 시스템에 특히 적합하다. 종래 시스템의 문제점을 극복하기 위하여, 수신기의 자동 이득 제어(AGC: Automatic Gain Control)는 제 1 트레이닝 단계 동안에 하나의 트레이닝을 수행할 것이고, 이 수신기의 AGC는 제 2 트레이닝 단계 동안에 재 트레이닝할 것이다. 이것은 수신기로 하여금 정확도를 보장하기 위하여 MIMO 단계 동안에 그 파워 측정을 재 트레이닝 하도록 만드는 한편, 수신기로 하여금 역시 MIMO 기반이 아닌 WLAN 시스템들과 역방향 호환이 되도록 만들 것이다.
도 1은 MIMO 송신기(100)의 개략적인 블록도이다. 도 1에 도시된 것과 같이, 예시적인 두 안테나의 송신기(100)는 MAC 계층(Medium Access Control Layer: 매체 액세스 제어 계층)에서 수신된 정보 비트들을 인코딩하고, 인코딩된 비트들을 단(stage)(105)에서 상이한 주파수 톤[부 반송파(subcarrier)]들에 매핑(mapping)시킨다. 각 전송 브랜치(branch)에 대해서 신호는 이후 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform: 역 고속 푸리에 변환)(115)에 의하여 시간 영역의 파형으로 변환된다. 800 나노초(nanosecond)의 보호 간격(GI: Guard Interval)은 단(120)에 의하여 매 OFDM 심볼 전에 예시적인 프레임 구현물에 부가되고, 32μs의 프리앰블이 패킷을 완료하기 위하여 단(125)에 의해 부가된다. 상기 디지털 신호는 이후 단(128)에서 전처리되어, RF 단(135)이 해당 안테나(140)에 신호를 전송하기 전에 변환기(130)에 의하여 아날로그 신호로 변환된다.
도 2는 MIMO 수신기(200)의 개략적인 블록도이다. 도 2에 도시된 것과 같이, 예시적인 두 안테나의 수신기(200)는 해당 RF 단(260-1, 260-2)에서 두개의 수신 안테나(255-1, 255-2)에서 수신된 신호를 처리한다. 이후 아날로그 신호는 해당 변환기(265)에 의하여 디지털 신호로 변환된다. 수신기(200)는 패킷을 검출하기 위하여 프리앰블을 처리하고, 이후 두개의 브랜치를 위하여 동기화 단(270)에서 주파수와 타이밍 동기화 정보를 추출한다. 보호 간격은 단(275)에서 제거된다. 신호는 이후 단(280)에서 FFT(Fast Fourier Transform: 고속 푸리에 변환)에 의하여 다시 주파수 영역으로 변환된다. 단(285)에서는 롱 트레이닝 심볼을 사용하여 채널 추정이 얻어진다. 이 채널 추정은 역 매퍼/디코더(demapper/decoder)(290)에 인가되고, 정보 비트들이 복구된다.
도 3은 IEEE 802.11a/g 표준에 따른 종래의 프레임 포맷(300)을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 프레임 포맷(300)은 단체로 쇼트 프리앰블로 불리는 10개의 쇼트 트레이닝 심볼(t1 내지 t10)을 포함한다. 이후 보호용의 보호 간격(GI2)과 두 개의 롱 프리앰블 심볼(T1, T2)이 존재한다. 신호 필드는 제 1의 실(real) OFDM 심볼에 포함되고, 신호 필드의 정보는 패킷 길이와 데이터 전송률과 같은 일반적인 파라미터들을 전송하는데 필요하다. 쇼트 프리앰블, 롱 프리앰블 및 신호 필드는 레거시 헤더(310)를 포함한다. 데이터를 운반하는 OFDM 심볼들은 신호 필드를 뒤따른다.
상기 프리앰블은 트레이닝 부분과 신호 부분의 두개의 부분을 포함한다. 트레이닝 부분은 수신기(200)가 패킷 검출, AGC를 위한 파워 측정, 주파수 동기화, 타이밍 동기화 및 채널 추정을 수행하도록 해준다. 상기 신호 필드는 최저의 전송률로 전송될 것이며, 예로서 데이터 전송률과 패킷 길이에 대한 정보를 준다. MIMO 시스템에서 신호 필드는 또한 공간 스트림의 수와 송신 안테나(140)의 수를 가리켜야 한다.
수신기(200)는 프리앰블 내의 상술한 모든 정보를 얻기 위하여 상기 프리앰블을 이용한다. 이 정보에 기초하여, 데이터가 도달하면 수신기(200)는 GI를 제거하고, FFT를 사용하여 이 데이터를 주파수 영역으로 변환하며, 이 데이터를 인터리브 및 디코딩한다.
앞서 지적했듯이, MIMO 시스템에서 이들 기능을 제외하고는, 상기 프리앰블이 레거시 802.11a/g 장치들과 역방향 호환되는 것이 역시 바람직한데, 즉 상기 레 거시 장치는 올바로 백오프 할 수 있고 MIMO HT(High Throughput: 고 처리량) 전송을 방해하지 않도록 상기 패킷 지속 기간에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있어야 한다.
다중 안테나 시스템에서 직교성(orthogonality)을 달성하기 위하여 3가지 기술들이 존재함을 주목한다. 특히 직교성은 i) 시간 다이버시티, ii) CDD, 또는 iii) 톤 인터리빙(주파수에 걸친)을 사용하여 달성될 수 있다. 도 4는 CDD에 기초한 예시적인 역방향 호환 프리앰블 설계(400)를 나타낸다. 도 4에 도시된 것과 같이, 쇼트 레거시 트레이닝, 롱 레거시 트레이닝, 레거시 신호 필드, HT 신호 필드는 모두 도 5와 관련하여 아래에 논의되는 바와같이, CDD 방식으로 전송된다.
도 5는 OFDM 심볼의 마지막 △ 샘플들을 시초에 놓는 것에 의한 CDD 신호의 발생을 나타낸다. 상이한 안테나들은 상이한 주기적 지연을 갖는다. 그래서 다음의 신호 필드들은 MIMO 트레이닝 필드들이다. 이 설계에서 레거시 트레이닝 필드들은 MIMO 목적을 위하여 재사용되고, 이후 MIMO 롱 트레이닝 만이 필요하다. MIMO 롱 트레이닝 필드들은 또한 CDD로 구성되어 상이한 송신 안테나들이 신호에 상이한 위상 이동을 부가한다.
도 5의 실시예에서, 제 2 전송 브랜치 상의 샘플들은 주기적으로 이동되고, 해당 보호 간격들(GI)은 전송 브랜치(Tx-1, Tx-2) 상에 부가된다. 도 5에 도시된 것과 같이, 이러한 주기적 순환은 예를 들어, 하나의 OFDM 심볼[여전히 보호 간격(GI) 없이]의 지속 기간 D의 마지막 샘플들을 나머지 심볼 전에 놓음으로써 달성될 수 있다. 보호 간격은 새로 발생된 심볼(도 5에 A'로 도시됨)에서 마지막 G 샘 플들(802.11a OFDM에서 0.8 마이크로 초)을 재사용하여 부가된다. 이 주기적 순환은 프리앰블을 포함하는 OFDM 심볼 당 전체 패킷에 걸쳐서 모든 OFDM 심볼들에 대해 행해진다.
IEEE 802.11a OFDM의 쇼트 프리앰블은 명확한 보호 간격을 가지고 있지 않아서, 거기에서 주기적 순환은 쇼트 프리앰블을 형성하는 10개의 쇼트 프리앰블 모두에 걸쳐서 취해져야 하고, 어떤 GI 다음의 추가 단계도 필요하지 않다는 점을 주목해야 한다. 이것은 대안적으로, 10개의 쇼트 트레이닝 세그먼트 중 각각의 한 세그먼트 마다 개별적으로 수행될 수 있다(주기성 때문에 차이가 존재하지 않는다). 롱 프리앰블을 위하여 상기 순환은 두개의 롱 트레이닝 시퀀스들 중의 각각의 한 시퀀스 마다, 또는 동시에 두 시퀀스 모두에 걸쳐서 발생해야 하며, 차이는 없다. 이후 (장) GI는 새로 구성된 롱 트레이닝 시퀀스에 기초해야 한다.
도 4의 설계(400)가 지닌 문제는 쇼트 레거시 트레이닝의 AGC 파워 측정이 MIMO 트레이닝 및 데이터 수신 파워에 비해서 정확하지 않다는 것이다. 통상 6dB의 측정 오류가 존재하는데, 이는 A/D(265)의 동작 범위를 1비트 증가시킬 필요가 있다. 이는 A/D의 비용을 상승시킬 뿐만 아니라, 모든 아날로그 및 디지털 회로들의 동작 범위를 증가시킨다. 도 4의 프리앰블 포맷(400)은 MIMO 채널 추정을 위하여 레거시 헤더에서 제 1의 롱 프리앰블을 사용함에 주목하자.
도 6은 톤 인터리빙에 기초한 레거시 프리앰블을 재 사용하는 대안적인 프리앰블 설계(600)를 나타낸다. 이 설계에서 프리앰블은 안테나들에 걸친 CDD 방식(도 4에 있는 것과 같은)으로 전송되는 것이 아니라, 톤 인터리빙을 사용하여 전송된다. 레거시 프리앰블과 레거시 및 HT 신호 필드의 상이한 톤들은 상이한 송신 안테나에서 전송되어, 부 반송파(subcarrier)(tone)는 한번에 단지 하나의 전송 브랜치 상에서 활성화된다. 롱 MIMO 트레이닝 부분에서 상기 톤들은 안테나들에 걸쳐서 교대로 일어나서, 모든 톤들이 롱 MIMO 트레이닝과 롱 레거시 트레이닝으로 트레이닝 된다. 이 설계(600)는 파워 측정의 정확성에 대한 문제를 해결한다. 이것은 어떤 수신 알고리즘을 사용하는 몇몇 종래의 판매자들과 완전한 역방향 호환이 되지 않는다. 도 6의 프리앰블 포맷(600)은 MIMO 채널추정을 위하여 레거시 헤더에서 제 1의 롱 프리앰블을 사용함에 주목하자.
그러나 MIMO 프리앰블이 역방향 호환성이 없으면, RTS/CTS(Request-to-Send/Clear-to-Send: 송신 요구/송신 가능)와 같은 MAC 계층 보호 메커니즘이 사용되어야 한다. 이러한 경우라면, 전용 MIMO 프리앰블은 MIMO 시스템 성능을 단지 최적화하기 위해서만 설계될 수 있다. 본 발명은 역방향 호환성을 갖는 프리앰블의 설계와 RTS/CTS를 갖는 프리앰블 설계 모두를 제공한다.,
- RTS/CTS 보호를 갖는 MIMO 프리앰블 -
도 7은 RTS/CTS 보호를 갖는 MIMO 프리앰블 설계(700)를 나타낸다. 도 7에 도시된 바와 같이, 프리앰블 포맷(700)은 패킷 검출, AGC, 및 개략적인 주파수 오프셋 추정을 위하여, 본 예시적 실시예에서는 각각 0.8μs 인, 10개의 톤 인터리브 된 쇼트 트레이닝 심볼들을 포함한다. 이후 톤 인터리브 된 롱 트레이닝 심볼들이 미세 타이밍 동기화, 미세 주파수 동기화, 및 채널 추정을 위하여 사용된다. 제 1의 롱 트레이닝 심볼 다음은 고 처리량의 신호 필드이다. 신호 필드는 예를 들어, 특별한 스트림들의 수와 안테나의 수를 신호로 보낸다. 필요하다면 이후 추가의 롱 트레이닝 필드들이 전송된다. 롱 트레이닝 필드들의 수는 공간 스트림의 수 또는 송신 안테나의 수와 동일한다. 데이터는 이후 모든 롱 트레이닝 필드들 다음에 전송된다. 도 7의 프리앰블 포맷(700)은 역방향 호환성이 없다(레거시 신호 필드를 포함하지 않으므로).
- 역방향 호환되는 프리앰블 포맷 -
도 8은 802.11a/g 레거시 장치들과 역방향 호환되는 본 발명의 특징들을 포함하는 프리앰블 설계(800)를 나타낸다. 이 프리앰블 설계(800)는 역방향 호환성을 위한 신호 필드를 갖는 전용 레거시 부분(810), 및 MIMO 시스템의 성능을 위한 전용 MIMO 트레이닝 부분(820)을 제공한다.
프리앰블 설계(800)에서, 송신기(100)는 우선 CDD를 사용하는 레거시 802.11a/g 프리앰블(810)을 전송한다. 레거시 프리앰블(810)은 패킷 검출과 개략적인 주파수 오프셋 추정을 수행한다. 이들 두가지 기능의 결과는 또한 MIMO 전송에 사용될 것이다. 이 두가지 기능 이외에, 레거시 프리앰블(810)은 또한 레거시 AGC와, 타이밍과 주파수 동기화, 및 채널 추정을 수행하기 위하여 사용된다. 이후 수신기(200)는 다음의 레거시 및 HT 신호 필드들을 디코딩 한다. HT 신호 필드는 또한 CDD를 사용하여 전송된다. 도 8에 도시된 것과 같이, 레거시 및 HT 신호 필드들 다음은 MIMO 쇼트 트레이닝 필드(830)이고, 그 다음이 MIMO 롱 트레이닝 필드들이다. MIMO 쇼트 트레이닝 필드(830)는 AGC 설정을 조정하기 위해서만 사용되며, 그 길이는 레거시 쇼트 트레이닝 필드보다 훨씬 더 짧을 수 있다. 도면에서 도시된 것과 같이, MIMO 쇼트 트레이닝 필드는 정확한 파워 측정을 위하여 0.8μs의 보호 간격과 1.6μs의 트레이닝 심볼을 포함한다.
도 8의 프리앰블 포맷(800)은 MIMO 채널 추정을 위하여 레거시 헤더의 제 1의 롱 프리앰블을 사용하지 않음을 주목하자. 전용의 쇼트 트레이닝 심볼(830)은 보다 롱 프리앰블 오버헤드(추가로 9.6μs)의 대가로 MIMO를 위한 정밀한 파워 측정을 제공한다. 따라서 프리앰블 포맷(800)은 낮은 동작 범위 요건(10 비트 ADC)을 제공한다.
도 8의 MIMO 롱 트레이닝 필드들은 도 11과 관련하여 아래에 논의하는 바와 같이, 데이터와 동일한 주파수 그리드(frequency grid) 상에서 전송된다. 따라서, 주파수 영역 채널 추정(FDE: Frequency Domain Estimation)이 수행될 수 있다.
도 8의 쇼트 트레이닝 필드(830)는 도 9에 도시된 바와 같이 톤-인터리브 방식으로 구성된다. 도 9는 MIMO 파워(AGC)를 측정하기 위한, 쇼트 트레이닝 심볼(830)에 대한 예시적인 설계(900)를 나타낸다. 12개의 톤을 갖는 OFDM 심볼(즉, 0.8μs의 길이)은 4개의 안테나에 걸리는 정확한 파워를 제공하기 충분하며, 24개 톤의 OFDM 심볼(즉, 1.6μs의 길이)은 약간 롱 오버헤드의 대가로 한층 더 높은 정밀도를 제공한다. 점유된 톤들은 두개의 안테나의 경우에 대한 도 9에 도시된 것과 같이 송신 안테나들을 지나 인터리브 된다. 점선 톤들은 안테나 #1로부터 전송되고, 실선 톤들은 안테나 #2로부터 전송된다.
쇼트 트레이닝 심볼(830)은 단지 1.6μs의 길이 이므로, (전체 64개의 이용 가능한 톤들 중에서)24개의 톤들 만이 사용된다. 이 톤들의 표기는 결과의 시간영역 신호가 1.6μs의 주기를 갖도록 모두 4의 배수이다. 보기의 2 안테나의 경우, 상기 톤들의 반 만이 각각의 송신기 안테나에서 전송되는데, 즉 하나 걸러서 사용된 톤이 제 1 안테나에서 전송되고, 나머지 톤들은 제 2 안테나에서 전송된다. 또한, 이 쇼트 트레이닝 심볼(830)은 추가로 0.8μs로 짧아질 수 있는데, 이것은 오버헤드를 줄이기 위하여 단지 12개의 톤 만을 사용하는 것이다.
도 10은 송신기(100)에서 도 8의 쇼트 트레이닝 심볼(830)을 발생시키기 위한 구조를 나타낸다. 도 10에 도시된 것과 같이, 점선의 활성 톤들은 안테나 1(TX-1)로부터 전송되고, 실선 톤들은 안테나 2(TX-2)로부터 전송된다. 각각의 전송 브랜치에 대해서, 이 활성 톤들은 IFFT(역 고속 푸리에 변환)(1010)에 의하여 시간 영역의 파형으로 전송되고, 이 시간 영역의 신호들은 이후 단(1020)에서 직렬 스트림으로 변환되며, 이 디지털 신호는 각 안테나(TX)로부터의 전송에 앞서 단(1030)에서 업컨버팅(upconverting) 된다.
도 8의 MIMO 롱 트레이닝 필드는 쇼트 트레이닝 심볼(830) 이후에 전송된다. 프리앰블 포맷(800)에서 AGC가 재조정되므로, 레거시 롱 트레이닝 필드는 MIMO 목적을 위하여 재사용될 수 없다. 롱 트레이닝 필들의 수는 공간 스트림의 수 또는 송신 안테나의 수와 동일하다. 각각의 롱 트레이닝 필드는 톤 인터리브 방식으로 만들어지는데, 이 필드는 예시적 실시예에서 짝/홀 톤들을 사용하는 제 1의 롱 트레이닝 심볼과 홀/짝 톤들을 사용하는 제 2의 롱 트레이닝 심볼들을 지닌다.
도 11은 예시적인 두개의 전송 브랜치 구현(또는 두개의 공간 스트림의 경우)에서의 도 8에 있는 제 1의 롱 트레이닝 심볼에 대한 예시적인 설계(1100)를 나타낸다. 예시적인 설계(1100)는 48개의 톤을 채택한다. 제 1의 롱 트레이닝 필드에서, 짝수 톤들은 제 1 송신 안테나에서 전송되고, 홀수 톤들은 제 2 송신 안테나에서 전송된다.
도 12는 예시적인 두개의 전송 브랜치 구현(또는 두개의 공간 스트림의 경우)에서의 도 8에 있는 제 2의 롱 트레이닝 심볼에 대한 예시적인 설계(1200)를 나타낸다. 예시적인 설계(1200)는 48개의 톤을 채택한다. 제 2의 롱 트레이닝 필드에서, 홀수 톤들은 제 1 송신 안테나에서 전송되고, 짝수 톤들은 제 2 송신 안테나에서 전송된다.
이러한 방식으로, 모든 송신 안테나 또는 모든 공간 스트림 상의 모든 톤들이 모든 롱 트레이닝 필드 다음에 다루어진다. 더 많은 송신 안테나 또는 공간 스트림의 경우, 동일한 롱 트레이닝 필드에서, 상이한 안테나들은 상이한 톤들을 전송한다. 이 톤들은 다른 트레이닝 필드에서 모든 톤들이 트레이닝에 의하여 다루어지는 것을 보장하기 위해 안테나들 사이에서 순환된다. MIMO 롱 트레이닝 필드들은 미세 타이밍 동기화, 미세 주파수 동기화, 및 채널 추정을 위하여 사용된다.
도 13 및 14는 예를 들어, 각각 3 및 4개의 송신 안테나 구현들인 본 발명의 특징들을 포함하는 프리앰블 설계들(1300, 1400)을 나타낸다. 일반적으로 각각 추가의 송신 안테나(또는 공간 스트림)를 위해, 프리앰블 포맷은 추가의 보호 간격과 롱 트레이닝 심볼(두개의 3.2μs 길이의 OFDM 심볼들)을 포함하도록 확장된다.
- 추가의 역방향 호환 설계 -
도 15는 다른 역방향 호환성 프리앰블의 설계(1500)를 나타낸다. 이 프리앰블 포맷(1500)은 두 부분을 갖는데, 레거시(1510) 프리앰블이 MIMO 트레이닝 부문(1520)과 연결된다. 여기에서 차이점은, 롱 트레이닝 필드가 단지 하나의 OFDM 심볼 만을 사용하지만, 20MHz 대역에서 128개의 톤들 또는 40MHz 대역에서 256개의 톤들(심볼 시간은 두 경우에서 6.4μs로 남는다)을 지닌다. 이러한 단지 하나의 롱 트레이닝 필드(두개의 OFDM 심볼들을 갖는)는 예시적인 2개의 송신 안테나 구현(이러한 두개의 롱 트레이닝 필드는 3 또는 4개의 송신 안테나 구현을 위하여 필요하다)을 위하여 필요하다. 상기 프리앰블 설계(1500)에서, 모든 MIMO 채널들은 이 하나의 롱 트레이닝 필드에 기초하여 추정된다. 시간 영역의 채널 추정 또는 다른 주파수 영역의 보간(interpolation) 채널 추정 방법들이 사용되어야 한다. 이러한 종류의 채널 추정 방법의 단점은 성능의 견고성 여부에 있다. 상기 채널 추정 방법은 채널 지연 특성에 민감할 수 있다.
일반적으로, 프리앰블 설계(1500)는 두개의 64-쇼트 OFDM 심볼들을 하나의 128-쇼트 심볼에 연결함으로써 프리앰블 오버헤드를 줄인다. 이 프리앰블 설계(1500)는 두개의 128-쇼트 FFT 때문에 0.8μs의 보호 간격을 포함하지않는다(따라서 주파수 영역의 채널 추정(FDE) 보다 더 복잡한 시간 영역의 채널 추정이 필요하다). 본 예시적인 실시예에서 데이터 심볼들은 60-포인트 주파수 그리드 상에 있는 반면에 상기 롱 트레이닝 심볼은 128-포인트 주파수 그리드 상에 있으므로, FDE는 수행될 수 없음을 주목하자. 만일 상기 데이터가 128-포인트 FFT 그리드에 있으면, 0.8μs의 보호 간격이 필요하다.
4개의 송신 안테나를 갖는 구현에 있어서, 상기 128-포인트 FFT는 256-포인 트 FFT로 대체되고, OFDM 심볼 시간은 12.8μs로 증가한다. 이는 프리앰블에서(데이터가 64-포인트로 가정하면) 2.4μs를 절감할 것이다.
도 16은 프리앰블의 길이를 감소시키는 본 발명의 특징들을 포함하는 다른 프리앰블 설계(1600)를 나타낸다. 이 프리앰블 설계(1600)에서, (두 OFDM 심볼을 갖는) 하나의 롱 트레이닝 필드 만이 전송된다. 이러한 방식으로 톤들 중 몇몇 만이 트레이닝에 의하여 다루어지고, 나머지 톤들은 보간되어야 한다. 이러한 설계(1600)의 성능은 견고하지 않지만, 성능 요건이 낮은 한편 패킷이 쇼트 VoIP(Voice over IP: 인터넷을 통한 음성 데이터 통신)와 같은 어떠한 어플리케이션을 위해서는 유용할 수 있다.
- SVD 프리앰블 설계 -
도 17은 SVD-MIMO(Singular Value Decomposition MIMO)를 위한 본 발명의 프리앰블 포맷을 연장시키는 송신기(1700)의 개략적인 블록도이다. SVD 모드에서 조종 매트릭스(steering matrix)는 도 17에 도시된 것과 같이 공간 스트림들을 송신 안테나들에 매핑시키기 위하여 적용된다. 도 17은 공간 영역의 신호를 변화시키는 공간 조종 매트릭스의 개입을 제외하면 도 1과 유사한 방식으로 동작한다.
도 18은 SVD-MIMO를 위한 본 발명의 특징들을 포함하는 프리앰블 포맷(1800)을 나타낸다. 일반적으로, 상기 프리앰블(1800)은 시스템 성능을 유지하기 위하여 보다 많은 조정을 필요로 한다. 이 프리앰블(1800)에서, MIMO 쇼트 트레이닝이 훨씬 더 길게 필요한데, 그 이유는 SVD 모드의 각 톤들이 상이한 파워 크기조정(power scaling)을 갖기 때문이다. 도 18에 나타낸 예시적인 포맷(1800)에서, 3.2μs의 프리앰블이 모두 52개의 톤을 사용하는 AGC 측정을 위하여 사용된다. 이 52개의 톤은 모든 공간 스트림에 걸쳐서 인터리브 되고, 해당 조종 매트릭스(도 17로 부터의)는 송신 안테나에서 전송되는 트레이닝 심볼을 형성하기 위하여 각 톤들에 적용된다. 성능 요건과 채널 지연 특성에 따라서, 하나 이상의 이러한 쇼트 트레이닝 심볼이 필요할 수 있다. 이 롱 트레이닝 필드의 톤들은 아래에 도 13과 14와 관련하여 논의되는 바와 같이 우선 공간 스트림들에 걸쳐서 인터리브 될 것이고, 이후 조종 매트릭스가 송신 안테나들에 매핑하기 위하여 적용된다.
- 하이브리드 프리앰블 설계 -
도 19는 본 발명의 특징들을 포함하는 하이브리드 프리앰블 설계(1900)를 나타낸다. 이 하이브리드 프리앰블 설계(1900)는 도 4, 13 내지 16, 및 18과 관련하여 상술한 프리앰블 설계들이 모두 레거시 신호 필드와 HT 신호 필드에 앞서 공통의 레거시 프리앰블 부분을 갖는 것을 인지한다. 이들의 차이점은 다음의 MIMO 트레이닝 부분에 있다. 따라서, HT 신호 필드는 도 19에 도시된 바와 같이 MIMO 트레이닝 포맷을 신호하기 위하여 사용될 수 있다. 비디오 전송과 관련된 것과 같은 보다 롱 패킷들을 위하여, 도 13과 14의 프리앰블 설계가 보다 롱 프리앰블을 갖지만 보다 나은 성능을 나타내며 사용될 수 있다. VoIP와 관련된 것과 같은 보다 쇼트 패킷들을 위하여, 도 16의 프리앰블 설계는 보다 쇼트 프리앰블들과 오버헤드를 가지고 사용될 수 있다. 이러한 설계를 위하여는, 도 19에 도시된 것과 같은 프리앰블 트레이닝 포맷을 신호하도록 하나 또는 그 이상의 비트들 만이 HT 신호 필드에 필요하다.
여기에서 나타내고 설명한 실시예들과 변형물들은 단지 본 발명의 원리를 나타내는 것이며, 다양한 수정들이 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고도 당업자들에 의하여 구현될 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims (10)

  1. N개의 송신 안테나(140)를 구비하는 다중 안테나 통신 시스템(100, 200)에서 데이터를 전송하는 방법으로서,
    적어도 하나의 레거시 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 레거시 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 레거시 프리앰블(810)과, 상기 N개의 송신 안테나 각각에 대한 1 내지 N-1의 범위 내의 추가 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 추가 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 연장 부분을 전송하는 단계를 포함하되,
    각각의 추가 롱 트레이닝 필드는 하나의 롱 OFDM 심볼을 포함하고, N은 2보다 큰 수이며,
    상기 롱 OFDM 심볼은 M 포인트의 주파수 그리드(frequency grid)를 이용하고, 적어도 하나의 데이터 OFDM 심볼은 M/2 포인트의 주파수 그리드를 이용하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레거시 프리앰블은 하나의 신호 필드를 더 포함하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 전송 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 다중 안테나 통신 시스템(100, 200)에서의 송신기로서,
    N개의 송신 안테나(140)를 포함하되,
    상기 N개의 송신 안테나(140)는, 적어도 하나의 레거시 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 레거시 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 레거시 프리앰블(810)과, 상기 N개의 송신 안테나 각각에 대한 1 내지 N-1의 범위 내의 추가 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 추가 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 연장 부분을 전송하고,
    각각의 추가 롱 트레이닝 필드는 하나의 롱 OFDM 심볼을 포함하고, N은 2보다 큰 수이며,
    상기 롱 OFDM 심볼은 M 포인트의 주파수 그리드를 이용하고, 적어도 하나의 데이터 OFDM 심볼은 M/2 포인트의 주파수 그리드를 이용하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 송신기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 레거시 프리앰블은 하나의 신호 필드를 더 포함하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 송신기.
  8. 다중 안테나 통신 시스템(100, 200) 내의 N개의 송신 안테나(140)를 구비하는 송신기에 의하여 전송되는 데이터를 적어도 하나의 수신 안테나에서 수신하는 방법으로서,
    적어도 하나의 레거시 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 레거시 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 레거시 프리앰블(810)과, 상기 N개의 송신 안테나 각각에 대한 1 내지 N-1의 범위 내의 추가 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 추가 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 연장 부분을 수신하는 단계를 포함하되,
    각각의 추가 롱 트레이닝 필드는 하나의 롱 OFDM 심볼을 포함하고, N은 2보다 큰 수이며,
    상기 롱 OFDM 심볼은 M 포인트의 주파수 그리드를 이용하고, 적어도 하나의 데이터 OFDM 심볼은 M/2 포인트의 주파수 그리드를 이용하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 데이터 수신 방법.
  9. 삭제
  10. N개의 송신 안테나(140)를 구비하는 적어도 하나의 송신기를 포함하는 다중 안테나 통신 시스템(100, 200)에서의 수신기로서,
    적어도 하나의 수신 안테나를 포함하되,
    상기 적어도 하나의 수신 안테나는, 적어도 하나의 레거시 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 레거시 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 레거시 프리앰블(810)과, 상기 N개의 송신 안테나 각각에 대한 1 내지 N-1의 범위 내의 추가 롱 트레이닝 필드 및 적어도 하나의 추가 쇼트 트레이닝 필드를 갖는 연장 부분을 수신하고,
    각각의 추가 롱 트레이닝 필드는 하나의 롱 OFDM 심볼을 포함하고, N은 2보다 큰 수이며,
    상기 롱 OFDM 심볼은 M 포인트의 주파수 그리드를 이용하고, 적어도 하나의 데이터 OFDM 심볼은 M/2 포인트의 주파수 그리드를 이용하는
    다중 안테나 통신 시스템에서의 수신기.
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