KR101619964B1 - 다중 입출력 시스템에서 공간 다중화 프리코딩 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중 안테나를 구비한 송신 디바이스에서 공간 다중화 프리코딩을 수행하기 위해, 다중 안테나를 구비한 수신 디바이스와 빔 포밍을 위한 빔 서치 과정을 수행하는 단계, 상기 빔 서치 과정을 수행한 후에 상기 수신 디바이스로 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스(training sequence)를 포함하는 제1패킷을 전송하는 단계, 상기 수신 디바이스에서 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 결정된 프리코딩을 위한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 수신 디바이스로부터 수신하는 단계 및 상기 피드백 정보를 기초로 산출된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 수신 디바이스로 전송할 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩을 수행하는 단계를 포함하는 공간 다중화 프리코딩 수행 방법에 관한 것이다.
Description
본 문서는 다중 입출력 시스템에 관한 것으로 보다 구체적으로 다중 입출력 시스템에서 공간 다중화를 위한 프리코딩 방법에 관한 것이다.
최근 정보통신 서비스의 보편화와 다양한 멀티미디어 서비스들의 등장, 그리고 고품질 서비스의 출현 등으로 인해 무선통신 서비스에 대한 요구가 급속히 증대되고 있다. 이에 능동적으로 대처하기 위해서는 통신 시스템의 용량을 증대시키는 한편 데이터의 전송 신뢰도를 높여야 한다.
무선통신 환경에서 통신 용량을 늘리기 위한 방안으로는 이용 가능한 주파수 대역을 새롭게 찾아내는 방법과, 주어진 자원의 효율성을 높이는 방법을 생각해 볼 수 있다. 이 중 후자의 방법으로 송수신기에 다수의 안테나를 장착하여 자원 활용을 위한 공간적인 영역을 추가로 확보하여 다이버시티 이득을 취하거나, 각각의 안테나를 통해 데이터를 병렬로 전송함으로써 전송 용량을 늘리는 이른바 다중 안테나 송수신 기술(Multiple Input Multiple Output Antenna; 이하 MIMO)이 최근 큰 주목을 받으며 활발하게 개발되고 있다.
상술한 바와 같은 종래기술에 있어서 본 발명은 다중 입출력 시스템에서 공간 다중화를 위한 프리코딩 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일반적으로, 다수개의 안테나를 사용하는 다중 입출력 시스템에서 채널간 간섭효과를 줄이기 위하여 수행하는 프리코딩 또는 인코딩 및 디코딩 동작시 연산에 이용되는 프리코딩 행렬 및 디코딩 행렬은 상기 다중 입출력 시스템의 안테나 개수의 영향을 받는다. 즉, 안테나 개수만큼 연산에 이용되는 행렬의 차원이 증가되므로 안테나 개수가 증가할수록 시스템은 복잡해진다.
또한, 다중 입출력 시스템에서 사용하는 다수의 안테나를 빔포밍 기술을 적용하기 위하여 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹으로 분할하여 사용하는 경우, 최적의 안테나 그룹을 선택하기 위한 피드백 정보량이 증가함에 따라 통신 수행 단계가 길어지고, 소요시간 또는 소비전력량이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 프리코딩 과정에서 특이값 분해(Singular Value Decomposition, SVD) 방식을 적용하는 다중 입출력 시스템과 분할형 안테나 그룹을 통한 빔포밍 기술을 접목시키기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 다른 목적은 사용하는 서브채널 개수를 최소개수로 줄이고, MIMO 시스템에 포함된 인코더 및 디코더의 행렬차원을 안테나 개수가 아닌 안테나 그룹 수 및 서브채널 개수로 구현함으로써, 신호처리과정을 간단화시키고자 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 다른 시스템의 또 다른 목적은 디바이스간 송수신되는 피드백 정보 없이 특이간 분해 방식의 다중 입출력 시스템을 구현하고자 한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태에 따른 일 실시예로 공간 다중화 프리코딩 방법은 다중 안테나를 구비한 송신 디바이스에서 다중 안테나를 구비한 수신 디바이스와 빔 포밍을 위한 빔 서치 과정을 수행하는 단계, 상기 빔 서치 과정을 수행한 후에 상기 수신 디바이스로 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스(training sequence)를 포함하는 제1패킷을 전송하는 단계, 상기 수신 디바이스에서 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 결정된 프리코딩을 위한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 수신 디바이스로부터 수신하는 단계 및 상기 피드백 정보를 기초로 산출된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 수신 디바이스로 전송할 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩을 수행하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1패킷은 상기 빔 서치 과정에서 결정된 채널 행렬 랭크의 수가 1보다 큰 경우에 전송될 수 있다.
상기 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스는 각 공간 멀티플렉싱 포트를 위한 훈련 시퀀스일 수 있고, 상기 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스는 서로 다른 공간 멀티플렉싱 포트들에 대한 서로 다른 훈련 시퀀스를 포함할 수 있다.
상기 피드백 정보는 상기 프리코딩 행렬을 산출하기 위한 프리코딩 앵글(precoding angle)과 관련된 정보일 수 있다. 이때, 상기 프리고딩 앵글의 차수 및 개수는 데이터 스트림의 개수 및 공간 멀티플렉싱 포트의 개수에 따라 결정될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 일 실시예에 의한 수신 디바이스로 다중 안테나를 이용하여 데이터를 전송하는 송신 디바이스는, 다중 안테나를 구비한 상기 수신 디바이스와 빔 포밍을 위한 빔 서치 과정을 수행하는 빔 포밍 모듈, 상기 빔 서치 과정을 수행한 후에 상기 수신 디바이스로 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 제1패킷을 전송하고, 상기 수신 디바이스에서 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 결정된 프리코딩을 위한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 수신 디바이스로부터 수신하는 송수신 모듈 및 상기 피드백 정보를 기초로 산출된 프리코딩 행렬을 이용하여 상기 수신 디바이스로 전송할 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩을 수행하는 공간 다중화 프리코더를 포함한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태에 따른 일 실시예에 의한 다중 안테나를 구비한 수신 디바이스에서 공간 다중화 프리코딩을 위한 피드백 정보 전송 방법은, 다중 안테나를 구비한 송신 디바이스와 빔 포밍을 위한 빔 서치 과정을 수행하는 단계, 상기 빔 서치 과정을 수행한 후에 상기 송신 디바이스로 부터 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 제1패킷을 수신하는 단계, 상기 수신 디바이스에서 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 프리코딩을 위한 피드백 정보를 결정하는 단계, 상기 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 송신 디바이스로 전송하는 단계 및 상기 피드백 정보를 기초로 산출된 프리코딩 행렬을 이용하여 공간 다중화 프리코딩이 수행된 데이터를 상기 송신 디바이스로부터 수신하는 단계를 포함한다.
상기 실시예들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명은 프리코딩 과정에서 특이값 분해 방식을 적용하는 다중 입출력 시스템과 분할형 안테나 그룹을 통한 빔포밍 기술을 접목시켜, 신호 전송시 사용하는 서브채널 개수를 최소개수로 줄이고, MIMO 시스템에 포함된 인코더 및 디코더의 행렬차원을 안테나 개수가 아닌 안테나 그룹 수 및 서브채널 개수로 구현함으로써, 신호처리과정을 간단화시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 디바이스간 송수신되는 피드백 정보 없이 포스트앰블의 전송을 통해 특이값 분해 방식의 다중 입출력 시스템을 구현할 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 WVAN의 구성의 일 예를 도시한 것이다.
도 2는 WVAN에서 사용되는 HRP 채널과 LRP 채널들의 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 WVAN에서 사용되는 슈퍼 프레임(superframe) 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WVAN의 디바이스에 구현된 프로토콜 계층구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 다수의 안테나를 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 SVD MIMO 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 빔 포밍을 수행하는 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 일 예를 나타내는 블록구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 빔포머에서의 빔포밍 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 발생되는 빔 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 발생되는 빔 패턴의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 빔서칭을 위한 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷에 포함되는 HRP 헤더 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 공간 다중화를 위한 프리코딩을 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스 간 신호 송수신 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 수신확인 신호의 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 처리 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
[발명의 실시를 위한 형태]
최근에, 가정 또는 소규모 직장 같은 한정된 공간에서 비교적 적은 수의 디지털 기기들 간에 무선 네트워크를 형성하여 기기들 간에 오디오 또는 비디오 데이터를 주고 받을 수 있는 블루투스(bluetooth), 무선 사설망(WPAN: Wireless Personal Area Network) 기술이 개발되고 있다. WPAN은 비교적 가까운 거리에서 비교적 적은 수의 디지털 기기들 사이에 정보를 교환하는데 사용될 수 있으며, 디지털 기기들 사이에 저전력 및 저비용 통신을 가능하게 한다. 2003년 6월 12일에 승인된 IEEE 802.15.3(Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks(WPANs))은 고속 WPAN의 매체 접속 계층(MAC) 및 물리 계층(PHY)에 관한 표준(specification)을 정의한 것이다.
도 1은 WVAN의 구성의 일 예를 도시한 것이다. WVAN은 가정과 같은 한정된 공간 내에서 개인 디바이스(Device)간 구성된 네트워크이고, 장치간 직접 통신하여 네트워크를 구성하여 애플리케이션(application) 사이에 끊김 없이 정보를 교환할 수 있도록 한다.
도 1을 참조하면, WVAN은 둘 이상의 사용자 디바이스(22∼25)로 구성되며 그 중 하나의 디바이스는 조정기(coordinator, 21)로서 동작한다. 상기 조정기(21)는 WVAN의 기본 타이밍을 제공하고, WVAN에 속한 디바이스들의 트랙을 유지하며, QoS(Quality of Service) 요구사항을 제어하는 등의 역할을 수행한다. 조정기 역시 디바이스이므로 조정기 역할을 수행하면서 동시에 WVAN에 속한 하나의 디바이스 역할도 수행한다. 상기 조정기(21)와 구분되는 다른 디바이스(22∼25)는 스트림 연결을 시작할 수 있다.
도 1에 도시된 WVAN은 물리계층으로서 HRP(high-rate physical layer)와 LRP(low-rate physical layer)를 지원한다. HRP는 1Gb/s 이상의 데이터 전송 속도를 지원할 수 있는 물리계층이고, LRP는 수 Mb/s의 데이터 전송속도를 지원하는 물리계층이다. HRP는 고지향성(highly directional)으로 유니캐스트 연결(unicast connection)을 통해 등시성(isochronous) 데이터 스트림, 비동기 데이터, MAC 커맨드(command) 및 A/V 제어 데이터 전송에 사용된다. LRP는 지향성 또는 전방향성(omni-directional) 모드를 지원하며 유니캐스트 또는 방송을 통해 비컨, 비동기 데이터, MAC 커맨드 전송 등에 이용된다. 상기 조정기(21)는 HRP 및/또는 LRP를 이용하여 다른 디바이스로 데이터를 전송하거나 다른 디바이스로부터 데이터를 전송 받을 수 있다. WVAN의 다른 디바이스(22∼25)들 역시 HRP 및/또는 LRP를이용하여 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.
도 2는 WVAN에서 사용되는 HRP 채널과 LRP 채널들의 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다. HRP는 57-66 GHz 대역에서 2.0 GHz 대역폭의 네 개의 채널을 사용하며, LRP는 92 MHz 대역폭의 세 개의 채널을 사용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, HRP 채널과 LRP 채널은 주파수 대역을 공유하며 TDMA 방식에 의해 구분되어 사용된다.
도 3은 WVAN에서 사용되는 슈퍼 프레임(superframe) 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 각 수퍼프레임은 비컨(beacon)이 전송되는 영역(30)과, 디바이스들의 요청에 따라 조정기에 의해 임의의 디바이스에 할당되는 예약된 채널 타임 블록(reserved channel time block)을 포함하는 예약영역(32) 및 조정기에 의해 할당되지 않고 조정기와 디바이스간 또는 디바이스와 디바이스간 경쟁 방식(contention based)에 따라 데이터를 송수신하는 예약되지 않은 채널 타임 블록(unreserved channel time block)을 포함하는 비예약 영역(31)으로 구성된다. 각 영역은 시분할(time devision)된다. 각각의 채널 타임 블록(channel time block: CTB)들은 다시 HRP를 통해 데이터가 전송되는 영역(HRP 영역)과, LRP를 통해 데이터가 전송되는 영역(LRP 영역)으로 시분할(time division)된다. 비컨(30)은 매 슈퍼 프레임의 도입부를 식별하기 위해서 상기 조정기에 의해서 주기적으로 전송되는 것으로, 스케줄링된 타이밍 정보 WVAN의 관리 및 제어 정보를 포함한다. 상기 디바이스는 상기 비컨에 포함된 타이밍 정보 및 관리/제어 정보 등을 통해서 상기 네트워크에서 데이터 교환을 할 수 있다.
상기 HRP 영역에서 예약 CTB 영역은 디바이스의 채널 시간 할당 요청에 따라 조정기가 채널 시간을 할당함으로써 할당받은 디바이스가 다른 디바이스로 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 특정 디바이스가 예약 CTB 영역을 통해 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 HRP 채널을 사용하며, 데이터를 수신하는 디바이스가 수신된 데이터에 대한 수신 확인 신호(ACK/NACK) 신호를 전송하는 경우에는 LRP 채널을 사용할 수 있다.
상기 비예약 CTB 영역은 조정기와 디바이스 또는 디바이스와 디바이스의 사이에서 제어 정보, MAC 커맨드 또는 비동기 데이터 등을 전송하는데 사용될 수 있다. 상기 비예약 CTB 영역에서의 디바이스 간 데이터 충돌을 방지하기 위해 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식 또는 슬롯 알로하(slotted Aloha) 방식을 적용할 수 있다. 상기 비예약 CTB 영역에서는 LRP 채널만을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 만일, 전송될 제어정보나 커맨드가 많을 경우 LRP 채널에 예약 영역을 설정하는 것도 가능하다. 각 수퍼프레임에서의 예약 CTB 및 비예약 CTB의 길이 및 개수는 수퍼프레임마다 다를 수 있으며 조정기에 의해 제어된다.
또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 긴급한 제어/관리 메시지를 전송하기 위해서 비컨 다음으로 위치한 경쟁 기반 제어 구간(contention-based control period: CBCP)을 포함한다. 상기 CBCP의 구간 길이는, 일정 임계치(mMAXCBCPLen)를 설정하고 상기 임계치를 넘지 않도록 설정된다.
도 4는 WVAN의 디바이스에 구현된 프로토콜 계층구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, WVAN에 포함된 각 디바이스의 통신 모듈은 그 기능에 따라서 4개의 계층(layer)으로 구분될 수 있고, 일반적으로 적응 부계층(adaptation sublayer)(40), MAC 계층(41), PHY 계층(42) 및 스테이션 관리 개체(Station Management Entity: SME)(43)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 스테이션은 조정기와 구분하기 위한 디바이스로, 스테이션 관리 개체(Station Management Entity: SME)는 디바이스 관리 개체(device management entity: DME)와 동일한 의미를 갖는다. 상기 스테이션 관리 개체(SME)는 하위 계층을 제어하고 각각의 계층으로부터 디바이스의 상태 정보를 수집하는 계층 독립 개체(layer independent entity)이다.상기 스테이션 관리 개체(SME)는 디바이스 통신모듈의 각 계층을 관리하는 개체를 포함하는데 상기 MAC 계층을 관리하는 개체를 MLME(MAC Layer Management Entity), 상기 적응 계층을 관리하는 개체를 ALME(Adaptation Layer Management Entity)라고 한다.
적응 부계층(40)에는 AVC 프로트콜 및 A/V 패킷화 장치(A/V packetizer)를 포함할 수 있다. AVC 프로트콜(Audio Video Layer, 400)은 송신 디바이스와 수신 디바이스간 A/V 데이터 전송을 위한 스트리밍 연결 및 디바이스 제어 등을 담당하는 상위계층이고, 상기 A/V 패킷화 장치(410)는 HRP 데이터 서비스를 위하여 A/V 데이터를 포멧한다.
MAC 계층(41)은 자료 전송 프로토콜의 하부 계층으로 링크 셋업(link setup), 연결 또는 비연결, 채널 접근과 같은 기능을 담당하고 신뢰성 있는 데이터 전송 등을 담당한다. 즉, 제어/데이터 메시지를 전송하거나 또는 채널을 제어하는 역할을 한다.
PHY 계층(42)은 A/V 데이터를 직접적으로 처리하거나 동시에 MAC 계층(41)에 의해 처리될 수 있다. PHY 계층은 무선 신호를 담당하기 위해 적응 계층(40), MAC 계층(41)과 같은 상위계층으로부터 요청되는 메시지를 전환하는 역할을 함으로써, 상기 요청 메시지가 물리 계층에 의해 디바이스간 전송될 수 있도록 한다. PHY 계층은 앞서 상술한 HRP(420) 및 LRP(421)의 두 종류의 물리계층을 포함한다.
상기 디바이스의 계층은 고속 데이터 서비스(high rate service), 저속 데이터 서비스(low rate service) 및 관리 서비스(management service)와 같은 서비스를 제공한다. 고속 데이터 서비스는 비디오, 오디오 및 데이터 전달에 이용되고, 저속 데이터 서비스는 오디오 데이터, MAC 커맨드 및 소량의 비동기식(asynchronous) 데이터 전송에 이용된다. 각 계층간에 데이터 교환의 프로세스가 이루어지기 전에 간단한 메시지를 주고받는데, 서로 다른 계층 간에 주고 받는 메시지를 프리미티브(primitive)라고 한다.
이와 같은 WVAN에서 각각의 디바이스는 한정된 대역폭 환경에서 신호를 송수신하는데, 복수개의 송수신부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 송신 디바이스 및 수신 디바이스가 복수개의 안테나를 구비하고 상기 복수개의 안테나를 이용하여 데이터 패킷을 전송하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예와 관련된 도면에서 신호를 전송하는 송신 디바이스 및 상기 신호를 수신하는 수신 디바이스의 일 예는 도 1에 도시된 WVAN을 구성하는 임의의 디바이스의 일 예로서 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 다수의 안테나를 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 송신 디바이스는 복수개의 송신부(50), 상기 복수개의 송신부(50)에서 출력되는 신호를 전송하기 편리하도록 코딩 등의 신호 처리를 수행하는 송신측 MIMO신호 처리부(51) 및 복수개의 송신 안테나(52)로 구성된다. 수신 디바이스는 송신 디바이스로부터 출력된 송신 신호를 수신하는 복수개의 수신 안테나(53), 상기 수신한 신호에 대하여 디코딩 등을 수행하여 복수개의 독립된 송신 신호를 검출할 수 있는 수신측 MIMO 신호 처리부(54) 및 프로세서(55)로 구성된다.
MIMO 기술은 송신 디바이스 및 수신 디바이스에 구비된 복수개의 안테나를 두고 다양한 MIMO 기법을 적용하여 동시에 병렬 전송하는 방법으로, 다수의 서로 다른 데이터 패킷을 전송함으로써, 데이터 전송 효율을 높이거나 동일한 데이터 패킷을 동시에 서로 다른 안테나를 사용하여 전송함으로써 안테나 다이버시티 이득을 얻도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 송신 디바이스가 N개의 송신 안테나(52)를 구비하고, 수신 디바이스가 N개의 수신 안테나(53)를 사용하여 동시에 데이터 패킷을 전송하는 경우, 데이터 레이트(data rate)는 N 배로 증가될 수 있다.
그러나, N개의 송신 안테나(52)와 수신 안테나(53) 간에 형성되는 채널들 사이에는 간섭(interference)이 발생할 수 있고, 이를 해결하기 위해 송신단과 수신단에 복잡한 디코딩(decoding), 필터링(filtering)과 검출 알고리즘(detection algorithm)을 사용하게 되고, 결과적으로 데이터 레이트의 증가는 그만큼 줄어들게 된다. 따라서, 상호 독립적인 채널이 형성되어 각각의 채널이 겹치지 않고 상호 간섭이 없도록 할 수 있거나, 상호 독립적인 채널을 유동적인 페이딩 환경에서 적응적으로 제어할 수 있다면, 수신 디바이스는 간단하게 구성되고 용량 향상 효과는 극대화되는 등 MIMO 기술의 효과를 높일 수 있다.
이를 위해, 도 5에 도시된 송신 디바이스 및 수신 디바이스의 복수개의 안테나를 적어도 하나 이상의 안테나 그룹으로 구성할 수 있다. 안테나 그룹에 대해서는 다시 후술하도록 한다.
이와 같은 MIMO 시스템에는 같은 주파수, 같은 공간, 같은 시간을 사용하면 다중 안테나를 통해 동시에 서로 다른 신호를 전송함으로써, 신호 전송 능력을 증대시킬 수 있는 다중입력 다중출력 공간 다중화(MIMO Spatial Multiplexing: MIMO SM) 방식이 있다. 공간 다중화(SM) MIMO 방식은 각 안테나 사이의 상관도가 낮기 때문에, 시간 및 주파수에서 뒤섞인 서로 다른 데이터를 안정적으로 디코딩하여, 무선구간에서 수신 SNR은 일정값 이상이면서 다중 경로수가 높은 최적의 성능을 나타낼 수 있다.
한편, SM MIMO 시스템은 피드백 정보의 전송 여부애 따라 크게 개루프 MIMO와 폐루프 MIMO로 구분할 수 있다.
개루프 SM MIMO의 경우, 수신 디바이스로부터 피드백 정보가 전송될 필요가 없기 때문에 간단한 구조를 가질 수 있으나, 송신 디바이스 입장에서는 주어진 무선 채널의 채널 특성 행렬에 의해 시스템 용량 및 동작이 제한된다. 개루프 SM MIMO에서는 송신 디바이스에서 무선 채널의 실질적인 값들은 정확히 알지 못하는 상태에서 현재 무선 채널이 SM MIMO방식이 가능한 채널로 예상되면, 송신 디바이스의 다수개의 안테나에 서로 다른 데이터를 실어 높은 전송속도로 전송한다. 현재 무선 채널이 SM MIMO방식을 따르기에 부적합하다고 판단되는 경우에는 다수개의 안테나를 다이버시티 용도로 사용하여 신뢰성을 높이는 전송을 수행한다.
반면, 폐루프 SM MIMO의 경우, 송신 디바이스에서 전송한 신호들에 대하여 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 수신하여 현재 사용하는 무선 채널에 대한 보다 정확한 정보를 획득하고, 이를 토대로 최적의 성능을 가질 수 있다. 송신 디바이스가 수신 디바이스로 신호를 전송하면서 피드백 정보의 전송을 요청하는 경우, 수신측은 데이터 스트림 수, 채널품질정보(CQI : Channel Quality Information)를 포함하는 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송할 수 있다. 상기 피드백 정보를 수신한 송신 디바이스는 이를 토대로 다수개의 안테나를 하나 이상의 그룹에 배당하는 안테나 그룹핑(antenna grouping), 다수개의 안테나 또는 안테나 그룹 중 사용 가능 안테나 선택, 프리코딩(precoding) 중 어느 하나를 수행할 수 있다. 안테나 그룹핑 및 안테나 선택도 간단한 형태의 프리코딩으로 볼 수 있다.
일반적인 MIMO 시스템에서는 동일 시간 및 동일 주파수대역에서 서로 다른 안테나로 서로 다른 신호를 전송하기 때문에, 다양한 신호들이 뒤섞이는 경우 수신이 어렵게 된다. 따라서, 송신 디바이스에서는 전송하려는 비트 스트림에 대하여 프리코딩을 수행한다. 프리코딩 행렬(W)에 따라 MIMO 성능이 달라질 수 있는데, 송신 디바이스는 수신 디바이스로부터 전송받은 전송률 또는 스트림 개수에 관한 정보에 따라 소정의 프리코딩 행렬(W)을 선택할 수 있다.
이때, 송신측은 최적의 프리코딩 행렬을 선택하기 위해 채널 행렬(H)를 특이값 분해(Singular Value Decomposltion: SVD)방식에 의해 분해하여 프리코딩 행렬(W)을 구할 수 있다. 특이값 분해(SVD)란 행렬을 특정한 구조로 분해하는 방식으로, 행렬의 스펙트럼 이론을 임의의 직사각행렬에 대해 일반화한 것이다. 즉, SVD방식은, 직교 정사각형을 고유값(eigenvalue)을 기저로 하여 대각행렬로 분해할 수 있는 방식이다. 상술한 SVD 방식을 통해 얻은 프리코딩 행렬을 적용하여 프리코딩 과정을 수행하는 SM MIMO 시스템을 SVD 방식의 SM MIMO라고 정의할 수 있다.
SVD 방식의 SM MIMO 시스템은 많은 수의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하고 데이터를 전송시 다수개의 안테나를 통해 다수개의 데이터 스트림을 전송하는데 유용하다. 즉, 송신 다비이스가 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 전송받아, 이를 기초하여 채널 행렬 H를 분해하여 얻은 고유벡터로 프리코딩 행렬을 구하게 되면, 전송하려는 신호에 대해 SVD 방식의 프리코딩을 수행하는 경우 MIMO 채널이 서로 독립적인 채널로 분리될 수 있다.
다만, SVD 방식의 SM MIMO 방식은 송신측이 채널 상관 행렬과 같은 채널 정보를 알아야 하기 떼문에 수신측으로부터 피드백 정보를 주기적으로 전송받아야 한다. 또한, 많은 수의 안테나를 사용하는 MIMO시스템으로, 안테나 개수에 따라 프리코딩 행렬의 차원이 증감하기 때문에, 안테나 수가 증가할수록 프리코딩 연산과정이 복잡해져, 결과적으로 시스템 구현도 복잡해진다.
예를 들어, SVD 방식의 SM MIMO 시스템이 송신 디바이스가 M개의 안테나 그룹으로 구성되고 수신 디바이스가 N개의 안테나 그룹으로 구성되며 각 안테나 그룹에는 n개의 안테나가 포함되어 있다고 가정한다. 이와 같이, M×n의 송신안테나 및 N×n의 수신 안테나로 구성되는 경우, 만약 M=N=8, n=4가 되면 M×n 및 N×n은 32로 송신안테나 및 수신 안테나 수는 매우 큰 값을 갖게 된다. MIMO 시스템에서는 가용 서브 채널 최대치를 산출하기 위해 채널 행렬 H, SVD 방식의 공간 인코더(SVD Spatial Encoder) 행렬 V, SVD 방식의 공간 디코더(Spatial Decoder) 행렬 U를 측정하여야 한다. H 행렬은 (N×n)x(M×n) 차원을 갖고, V 행렬은 (M×n)×K(여기서, K=min{M×n,N×n}) 차원을 갖고, U행렬은 (N×n)×K 차원을 갖으므로, 송신 안테나 수 및 수신 안테나 수를 그대로 신호처리과정을 위한 연산과정에 이용하는 경우 수행과정이 매우 복잡해진다. 이하 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 송신 디바이스는 SVD 공간 인코더(SVD Spatial Encoder, 60) 및 M개의 송신 안테나 그룹으로 구성되고, 수신 디바이스는 SVD 공간 디코더(SVD Spatial Decoder, 61) 및 N개의 수신 안테나 그룹으로 구성된다.
신호를 전송하기 이전에 앞서 SVD 공간 인코더(60)는 송출되는 신호가 채널을 통해 전송되면서 상기 채널이 다수개의 비상관(uncorrelation)하는 직교 서브 채널로 구성되도록 각 비트 스트림에 코딩과정을 수행한다. 이와 같은 코딩 과정을 프리코딩이라고도 한다. 프리코딩을 수행하는 프리코더는 상기 SVD 공간 인코더(60)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다. 상기 수신 디바이스의 SVD 공간 디코더(61)는 수신 안테나로부터 전송된 신호를 비상관된 서브 채널 개수에 따른 상호 독립적인 스트림 신호로 분할하기 위한 디코딩을 수행한다.
수학식 1은 특이값 분해방식에 따른 SVD 채널행렬 H에 관한 것이다.
[수학식 1]
수학식 1에서, ∧=diag{λ1,λ2,...,λK,}은 행렬 HHH 또는 HHH의 고유값 λi로 구성된 대각행렬을 나타낸다. 행렬 U=(U1,U2,...,UK)는 행렬 HHH의 고유벡터를 구성하고, 행렬 V=(V1,V2,...,VK)는 행렬 HHH의 고유벡터를 구성하고, K는 채널 행렬 H의 랭크 수를 나타낸다.
송신 디바이스에서 각각의 입력 심볼들인 d1,d2,...,dK은 K 차원의 D=(d1,d2,...,dK)T 로 공간 심볼로 구현될 수 있다. 각 입력 심볼들로 구성된 데이터 스트림은 공간 인코더(60)에서 가중치 계수에 의해 멀티플렉싱되어 공간적으로 코딩될 수 있다.
상기 공간 인코더(60)에서 출력되는 신호에 대한 M차원의 벡터 G=(g1,g2,...,gM)T는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2에서, P=diag{p1,p2,...,pM}T는 pi 의 대각행렬로, 병렬구조의 서브 채널 상이의 전력분배(Po)를 특징으로 한다. 상기 Po는 P 행렬를 구성하는 값의 합이다. 코딩된 신호는 송신 디바이스의 M개의 안테나 그룹에 의해 수신 디바이스로 전송된다.
수신 디바이스에서는 N개의 안테나 그룹을 통해 수신한 신호를 공간 디코더(61)에서 디코딩한다. 수신된 심볼이 X=(x1,x2,...,xN)T 이라 할 때, 공간 디코더(61)의 행렬 UH에 의해 디코딩 변환되면 Y=(y1,y2,...,yN)T으로 출력될 수 있다. 채널을 통해 수신 디바이스가 수신한 신호에 관한 벡터 X는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3에서 P1/2D는 송신 디바이스로부터 수신 디바이스로 전송되는 데이터를 나타내고, Z는 수신 디바이스가 상기 데이터를 수신하는 과정에서 발생되는 노이즈를 나타낸다.
SVD 공간 디코더(61)의 디코딩 행렬을 UH 라 하면 디코딩된 출력 신호 Y는 Y=UHX로 정의될 수 있는데, 상기 수학식 3을 대입하면 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
수학식 4에서,
는 수신 신호에 섞여있던 노이즈(Z)가 디코딩된 상태를 나타내는 것으로
이 된다.
상기 수학식 4에 상기 수학식 1의 채널 행렬 H값을 대입하면, 공간 디코더(61)의 출력 신호는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
상기 수학식 5는
와 같이 나타낼 수도 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 MIMO 시스템에서 사용하는 하나 이상의 서브 채널은 상호 연관성이 없는 독립된 채널들이기 때문에, 서브 채널을 통한 전송과정에서 발생하는 노이즈 역시 서브 채널의 개수만큼 발생하며 비연관되는 특성을 갖는다. 노이즈 형태는 다양하게 발생할 수 있고, 그 일 예로 부가적인 백색 가우시간 잡음(Additive White Gaussian Noise: AWGN)을 들 수 있다. 실질적으로 노이즈에 대해서는 상기 공간 디코더(61)에서 변환되기 이전의 Z와 변환된
와 통계적 수치는 동일 또는 유사하다.
그러므로, 서로 병행하며 연관되지 않는 서브 채널들은 직교위상으로 분리된 서브 채널들이고, 독립적인 심볼 전송에 이용될 수 있다. 이러한 의미에서 상기 서브 채널은 고유채널(eigenchannel)과 동일 또는 유사한 의미를 나타낼 수 있다.
그러므로, SVD 방식의 SM MIMO 시스템은 K개의 독립적인 싱글 채널 시스템으로서 K개의 독립된 서브 채널을 사용하게 된다. 상기 서브 채널 이득 계수는 채널 행렬 H의 고유값에 의해 결정된다. 채널 행렬 H는 송신 안테나 그룹 개수(M), 수신 안테나 그룹 개수(N) 및 각 안테나 그룹을 구성하는 n개의 안테나에 따라 (N×n)×(M×n)차원이 된다. 따라서, 안테나 그룹 수 또는 사용하는 서브 채널 개수가 많아질수록 채널 행렬의 차원도 증가하고, 상기 수학식에 따른 코딩, 디코딩 과정이 복잡해진다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템에서는 데이터 전송시 서브 채널 중 소정 개수의 서브 채널만을 사용하도록 제한한다. 또한, 신호대잡음비를 최대화하기 위하여 특정 대상에 대한 지향성 신호, 즉 빔(beam)을 이용할 수 있다.
빔 포밍(beam forming)은 스마트 안테나의 한 방식으로 효율성을 높이기 위해 다수의 안테나를 이용하여 특정 대상에 지향성 신호를 전송하는 것을 의미한다. 다수의 안테나가 송신 디바이스 및 수신 디바이스 모두에 구현한 MIMO의 일 예로, SM MIMO 시스템에서 WVAN 디바이스는 다른 디바이스로 HRP 채널을 통해 빔포밍하며 신호를 전송할 수 있다. 즉, 빔포밍을 통해 SM HRP 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
SM MIMO 시스템에서 디바이스에 포함되는 다수의 안테나는 하나 이상의 빔포밍 안테나(beam-forming) 그룹으로 구분될 수 있다.
빔포밍 안테나 그룹은 지향성 신호 즉, 빔(beam)을 형성하기 위한 하나 이상의 안테나를 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 나타내는 것이다. 이하, 특정 빔을 형성하는 안테나 어레이를 빔포밍 안테나 그룹으로 정의한다. 빔포밍 안테나 그룹은 빔패턴을 형성하는 빔포머(Beamformer) 또는 안테나 포트(port)와 동일한 의미를 가질 수 있다.
빔포밍 안테나 그룹은 하나의 안테나 그룹에 포함되는 안테나 수 및 배열 형태에 따라 크게 분할형 빔포밍 안테나 그룹(split beam-forming antenna group)과 공유형 빔포밍 안테나 그룹(shared beam-forming antenna group)으로 구분할 수 있다. 이하, 안테나 그룹 방식에 따른 MIMO 시스템에 관하여 도 7 및 도 8을 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다. 구체적으로는 HRP 빔포밍을 수행하기 위해 분할형 안테나 그룹을 구비한 디바이스의 일예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 송신 디바이스는 전송하려는 데이터를 다수개의 비트 스트림으로 분할하기 위한 인코딩을 수행하는 MIMO 인코더(70), 신호 전송의 편의를 위해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환회로부(72) 및 다수개의 빔포밍 안테나 그룹(74)이 구성될 수 있다. 수신 디바이스 역시 다수개의 빔포밍 안테나 그룹(75), 아날로그-디지털 변환회로부(73) 및 MIMO 디코더(71)를 포함한다.
상기 빔포밍 안테나 그룹(74, 75)은 분할형 빔포밍 안테나 그룹으로 각 안테나 그룹에 동일한 수로 분할된 연속된 안테나 열을 포함한다. 분할형 빔포밍 안테나 그룹은 각 그룹마다 동일한 개수의 연속 안테나 열로 고정하여 구성됨으로써 구현이 용이하다. 또한, 다수개의 송신부로부터 전달된 전송 신호를 하나의 안테나 그룹을 통해 전송하므로, 신호처리과정이 간단하고, 전송전력을 집중화시킬 수 있다는 특징이 있다. 대신, 채널 상태에 따라 각 안테나 그룹에 포함된 안테나를 변경하거나 사용하고 있던 안테나 그룹을 변경하는 등의 적응적 조정이 어렵다. 따라서, 분할형 빔포밍 안테나 그룹은 비적응적(non-adaptive) 안테나 그룹으로 불리기도 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 구체적으로는 HRP 빔포밍을 수행하기 위해 공유형 안테나 그룹을 구비한 디바이스의 일예를 나타낸다.
상기 빔포밍 안테나 그룹(76,77)은 분할형 안테나 그룹으로, 각 안테나 그룹 별로 다른 개수의 안테나가 포함될 수 있고, 임의의 분산된 안테나를 포함하여 그룹을 구성할 수도 있다. 공유형 빔포밍 안테나 그룹은 각 안테나 그룹을 구성하는 안테나의 개수를 채널 조건에 따라 적응적으로 조절하여 전송 용량을 최대화할 수 있는 조합으로 재구성할 수 있다. 따라서, 공유형 빔포밍 안테나 그룹은 적응적(adaptive) 안테나 그룹으로 불리기도 한다.
MIMO 시스템에서는, 하나 이상 구성된 빔포밍 안테나 그룹 중 적어도 하나의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하여 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 그리고, 다수의 빔 포밍 안테나 그룹을 선택하여 각 빔포밍 안테나 그룹에 포함되는 안테나를 통해 데이터 패킷을 전송할 수도 있다.
이때 상술한 바와 같이 각 빔포밍 안테나 그룹을 통해 송신되는 신호는 지향성을 갖는 신호이고 각 빔포밍 안테나 그룹을 통해 송신되는 신호 간에는 그 간섭이 최소화됨이 바람직하다. 즉, 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 각 빔포밍 안테나 그룹을 구성하는 안테나 어레이를 통해 신호를 송신하되, 서로 다른 위상(phase), 예를 들어 직교(orthogonal) 위상을 갖는 안테나 어레이를 통해 신호를 송신하는 것으로 설명할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템은 도 6에서 설명한 SVD 방식의 SM MIMO 시스템이 도 7에서 설명한 비적응형 빔포밍 안테나 그룹을 포함하는 경우의 일 예이다,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 HRP를 통한 빔포밍을 수행하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록구성도이다.
도 9를 참조하면, SVD 방식의 SM MIMO 시스템을 구성하는 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 지향성 신호를 송수신하기 위한 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 포함한다. 그리고, 최소한의 서브 채널을 사용하여 신호를 전송하도록 구현하는데, 예를 들어 2개의 서브 채널을 사용하도록 구현할 수 있다.
도 9를 참조하면, 송신 디바이스에서 전송하고자 하는 데이터는 RS 코더(80)에서 코딩을 거치고, 에러 정정 코드를 부가하는 컨볼루션 인코더 및 펑처링부(Convolution Coder＆Puncturing, 81)을 거쳐 공간 분할부(Spatial Demux, 82)로 전달된다. 공간 분할부(82)는 입력되는 하나의 데이터 블록을 각각의 변조 코딩 방식(Modulation Coding Scheme: MCS)에 따라 분할하는 동작을 수행한다. 이때, 사용하고자 하는 서브 채널 수에 따라 데이터 블록을 비트 스트림으로 분할할 수 있다. 상기 실시예에서처럼 최소 2개의 서브 채널을 사용하는 경우, 상기 공간 분할부(82)에서 데이터 블록은 2개의 비트 스트림으로 분할되고 각 비트 스트림에 독립적인 신호처리과정이 수행되도록 한다. 분할된 비트 스트림은 인접한 비트들을 균일하게 펼치는 비트 인터리버(Bit Interlever, 83), QAM(quadrature amplitude modulation)으로 부호화되는 변조부(84) 및 음성 신호를 처리하는 음성 인터리버(Tone Interlever, 85)를 거친다.
상기 신호처리과정을 거친 비트 스트림은 특이값 분해(SVD) 공간 인코더(SVD Spatial encoder, 86)로 입력된다. 상기 실시예에서 상기 SVD 공간 인코더(86)는 상기 송신 디바이스에서 송출되는 다수개의 비트 스트림을 다수개의 채널을 통해 전송되는 경우, 각 비트 스트림의 위상을 구별되도록 하기 위해 각 비트 스트림에 기 설정된 채널 행렬을 연산하는 방식으로 코딩을 수행한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 SVD 공간 인코더에서 송신 안테나를 통해 송출되는 데이터가 채널을 거치면서 서로 직교한 서브 채널을 형성하도록 코딩수행하고, 이를 위해 SVD 공간 인코딩 행렬은 V=(V1,V1)로 구성한다.
다음으로, 프로젝션 공간분할 다중 접속(Spatlal Division Multiplexing Access: SDMA, 87)에서 총 M개의 비트 스트림에 대한 상기 한 쌍의 송신 디바이스 및 수신 디바이스에서 송수신하는 신호와 다른 디바이스와의 신호 간섭을 최소화하기 위한 코딩을 수행한다. 코딩과정을 거친 비트 시트림은 변환부(IFFF, 88)에서 고속 주리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform)을 거치게 되고, 빔포머(beamformor) 어레이를 통해 수신 디바이스로 전송된다. 상기 빔포머 어레이는 M개의 빔포머로 구성되며, 하나의 빔포머는 n개의 안테나를 포함하는 빔포밍 안테나 그룹이다.
도 9를 참조하면, 수신 디바이스 역시 MIMO 시스템에서 신호를 수신하기 위해 상술한 송신 디바이스와 비슷한 구조로 이루어진다. 먼저, n개의 안테나로 구성하는 총 M개의 빔포머 어레이(90)를 통해 송신 디바이스가 송출한 신호를 수신한다. 수신 신호는 수신 변환부(FFT, 91)에서 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 거치게 되고, SVD 공간 디코더(Spatial Decoder, 92)로 입력된다. 상기 SVD 공간 디코더(92)에서는 송신 디바이스로부터 전송된 수신 신호에서 상호 독립된 2개의 비트 스트림 신호를 산출하는 디코딩 동작을 수행한다.
상기 SVD 공간 디코더(92)에서 2개로 분리된 스트림 신호는 음성 디인터리버(Tone Deinterleaver, 93), QAM 방식의 복조기(Demodulator, 94) 및 비트 디인터리비(Bit Deinterleaver, 95)를 거치면서 신호 처리 과정이 독립적으로 수행된다. 처리된 2개의 비트 스트림은 전송에 용이하도록 공간 혼합기(Spatial Mux, 96)에서 하나의 데이터 스트림으로 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 시스템에서 상기 SVD 공간 인코더(86) 및 SVD 공간 더코더(92)에서 수행되는 코딩 또는 디코딩 과정을 이하 후술되는 방식으로 단순화시킬 수 있다.
2개의 서브 채널 개수에 따라 상기 SVD 공간 인코더(86)의 행렬 V는 V=(V1,V2)로 2개의 HHH 고유벡터를 통해 구성할 수 있고, 상기 SVD 공간 디코더(92)의 행렬 U는 U=(U1,U2)로 마찬가지로 2개의 HHH 고유벡터를 통해 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍 안테나 그룹을 구비한 SVD 방식의 SM MIMO 시스템에서, 공간 인코더(86)에서 수행되는 코딩을 위한 공간 인코딩 행렬(V)의 차원은 빔포밍 안테나 그룹의 개수 및 사용하는 서브 채널 개수에 따라 M×2로 구성된다. 이는, 종래의 SM MIMO 시스템에서 각 빔포밍 안테나 그룹을 구성하는 안테나 개수(n)에 따라 인코딩 행렬의 차원이 M×n으로 구성되는 것보다 간단화시킬 수 있다.
한편, 상기 도 9에서 공간 인코더(86)는 MIMO 시스템에서 프리코더 역할을 수행한다. 프리코더에도 프리코딩을 위한 행렬(W)이 존재하는데, 데이터 블록을 다수개의 데이터 스트림으로 분할하기 위하여 데이터 스트림 개수만큼의 행렬차원이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 MIMO 시스템에서 사용할 수 있는 프리코더의 프리코딩 행렬(W)은 안테나 포트 수(P)×데이터 스트림 수(υ) 차원을 갖는다. 따라서, 종래 안테나 개수에 대응하던 프리코딩 행렬을 안테나 포트 수만큼 단순화시킬 수 있다.
이하, SM MIMO 시스템에서의 프리코더에서 수행되는 프리코딩에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.
일반적으로, 프리코더에 입력되는 데이터 스트림을 xi라 하고, 프리코딩 수행후의 출력 스트림을 yi라 하면, 수학식 6과 같은 관계가 성립된다.
[수학식 6]
상기 수학식 6은 순환 이동 다이버시티(Cyclic Shift Diversity: CSD)가 없는 경우로, i는 부반송파 인덱스를 나타내고, P는 공간 멀티플렉싱 안테나 그룹 번호를 나타내고, υ는 데이터 스트림의 번호를 나타낸다.
CSD에 의해 주파수 도메인에서 지연이 발생하는 경우, 수학식 7과 같은 프리코딩 이 수행된다.
[수학식 7]
상기 수학식 2에서 C(i)는 대각행렬로 순환 이동 다이버시티에 따라 프리코딩과정에서 부가되는 것이다.
상기 수학식 6 및 수학식 7에서 프리코딩 행렬(W)의 랭크 크기는 안테나 그룹 수(P)×데이터 스트림 수(υ)로 종래 안테나 수만큼 프리코딩 행렬 크기가 결정되는 것이 비하여 간단해진다.
SM MIMO에서 프리코딩 행렬(W)을 구성하는 각각의 원소들은 수학식 8과 같은 표현될 수 있다. 수학식 3은, 프리코딩 행렬(W)이 회전 각도 그룹에 의해 P×υ차원의 단위 행렬로 표현되는 것을 나타낸다.
[수학식 8]
수학식 8에서, D는 대각행렬로 수학식 4와 같다.
[수학식 9]
수학식 9에서, Ii-1은 (i-1)×(i-1)차원의 단위 서브 행렬(Identity matrix)이다.
그리고, 수학식 8에서,
는 P×P차원의 회전 행렬로 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
수학식 10에서, 각각의 Im은 m×m 차원의 단위 행렬이다.
그리고, 수학식 8에서
행렬은 프리코딩 행렬의 차원이 P≠υ 일때 정방행렬로 구성하도록 0으로 구성된 열 또는 행을 부가하기 위한 단위 행렬을 나타낸다.
상기 수학식 3으로 정의되는 프리코딩 행렬을 구성하기 위해 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 받는 경우 피드백 각도는 표 1과 같이 정렬될 수 있다.
[표 1]
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템을 서로 독립적인 2개의 서브 채널을 사용하도록 구현하는 경우, 피드백을 위한 빔 패턴은 2차원적으로 구현될 수 있으며, 필요한 각도도 Φ11,Ψ21으로 최소 2가지 형태로 구성할 수 있다.
각도 Φ는 예를 들어 6비트의 양자화된 수식으로 나타낼 수 있으며, 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 11]
여기서, k는 데이터 스트림의 넘버를 나타내며, k=0,1,...,63이다. 그리고, 각도 Ψ는 4비트의 양자화된 수식으로 나타낼 수 있으며, 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 12]
마찬가지로, k는 데이터 스트림의 넘버이며, k=0,1,...,15이다.
송신 디바이스가 채널 행렬 H에 대한 정보를 갖고 있고, SVD 공간 인코더(86)로 K개의 병렬된 비트 스트림으로 분할된 입력 심볼이 전송되면, 상기 비트 스트림의 수는 채널 행렬 H의 랭크 수에 따라 달라지는데, 송신 디바이스 또는 수신 디바이스의 안테나 그룹 개수의 최소값을 넘지 않는다(여기서, K≤min{M,N}).
다시 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스들은 적어도 하나 이상의 빔포머(89, 90)을 이용하여 빔포밍 기술을 사용한다. 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹에 포함되는 안테나를 통해 지향성 신호를 사용하여 데이터 패킷을 전송하기 위한 빔 패턴에 관하여 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
도 10에 도시된 송신 디바이스 및 수신 디바이스의 빔포머(89, 90)는 각각 4개의 반파(half-wavelength) 진동자로 구성될 수 있으며, 상기 빔포머에서의 빔포밍 패턴은 방사형으로 형성될 수 있다. 이하 도 10을 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 빔포머에서의 빔포밍 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머가 xyz 3차원상에서 z축을 따라 전파를 지향하는 일 예를 나타내고, 이때의 빔 패턴 진행 방향은 수학식 13과 같이 수식으로 표현할 수 있다.
[수학식 13]
그리고, 수학식 13에 따른 빔 패턴을 평면적으로 도시한 것이 도 10의 (b)이다.
상기 빔포머(89, 90)의 진동자가 0.25λ의 거리로 금속 반사판의 일면에 위치한다고 가정하면, 금속면은 y축 값이 0이 된다. 그러면, 이때 진동자를 통한 빔 패턴은 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
수학식 14에서
은 빔 패턴이 금속 반사면의 영향에 받는 것을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 형성되는 빔 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 z축과 이루는 위상의 크기가 90˚를 유지하는 상태로 수평면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로, 안테나 방사 각도의 폭(beamwidth)은 120˚가 된다. 도 11의 (b)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 x축과 이루는 위상이 90˚를 유지하는 상태로 수직면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로 안테나 방사 각도의 폭(beamwldth)은 72˚가 된다.
다시 도 10을 참조하면, 하나의 빔포머를 형성하는데 예를 들어 4개의 진동자 어레이가 이용된다고 하면, 각 진동자가 동등한 진폭 및 위상을 갖는다고 가정할 수 있다. 이 경우. 제1 진동자의 중심은 (x1=-0.25λ, y1=0.25λ, z1=-0.25λ)좌표상에 위치하고, 제2 진동자의 중심은 (x2=-0.25λ, y2=0.25λ, z2=0.25λ)의 좌표상에 위치하고, 제3 진동자의 중심은 (x3=0.25λ, y3=0.25λ, z3=-0.25λ)의 좌표상에 위치하고, 제4 진동자의 중심은 (x4=0.25λ, y4=0.25λ, z4=0.25λ)의 좌표상에 위치할 수 있다. 그러면, 상기 4개의 진동자를 통해 발생되는 빔패턴이 합성된 형태는 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
수학식 15에서
은 수평면상에서 진동자 어레이 요소이고,
는 수직면상에서의 진동자 어레이 요소를 나타낸다.
수평면 및 수직면상에서 4개의 진동자를 합한 진동자 어레이 패턴은 도 12에 도시되어 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서발생되는 빔 패턴의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 12의 (a)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 z축과 이루는 위상의 크기가 90˚ 를 유지하는 상태로 수평면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로, 안테나 방사 각도의 폭(beamwidth)은 60˚ 가 된다. 도 12의 (b)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 x축과 이루는 위상이 90˚ 를 유지하는 상태로 수직면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로 안테나 방사 각도의 폭(beamWidth)은 47˚ 가 된다.
상기 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스의 빔 포머에서 발생되는 빔 패턴에 따라 신호를 송수신할 수 있도록 구성하면, 서브채널 수를 최소 2개로 줄이면서도 최대 신호대잡음비를 확보할 수 있다.
도 9에 도시된 것과 같이 다수의 빔포밍 안테나 그룹을 구성하고 있는 SM MIMO 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 빔 포밍을 사용하기 이전에 먼저 빔 서칭 과정(Beam Searching Process)을 수행하여야 한다. 빔 서칭이란 디바이스간 신호 송수신시 사용할 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하기 위한 과정을 의미한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 빔 서칭 과정을 수행하기 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다. 빔 서칭은 반드시 통신 초기에 수행되어야 하는 것은 아니며, 통신 중 필요에 따라 수행될 수 있다. 또한, 빔 서칭은 HRP 채널 및 빔포밍 LRP 채널에서의 빔 서칭을 포함한다.
도 13을 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 각 안테나 그룹을 통해 훈련 신호(training signal)를 수신 디바이스로 전송한다(S10). 수신 디바이스에서는 전송받은 훈련 신호를 통해 채널 추정 및 신호 검출을 수행한다(S11). 채널 추정은, 도 9에 도시된 실시예의 경우, M개의 빔포머를 구비한 송신 디바이스와 N개의 빔포머를 구비한 수신 디바이스로 구성되는 (M×N×n) SM MIMO 시스템에서 M×N 채널 계수 hmn으로 구성되는 채널 행렬 H를 추정해야 한다. 수신 디바이스는 상기 채널 추정 및 신호 검출 결과에 따른 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송한다(S12).
이때, 송신 디바이스의 다수의 빔포밍 안테나 그룹에서 전송되는 훈련신호들은 도 10에 도시된 것처럼 순차적으로 전송되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 빔포밍 안테나 그룹을 통해 제1 훈련 신호를 전송한 후에 제2 빔포밍 안테나 그룹을 통해 제2 훈련 신호를 전송하고, 이후 빔포밍 안테나 그룹들에서도 순차적으로 훈련신호를 전송하는 것이다. 또한, 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹마다 소정의 시간간격을 두고 전송할 수도 있다. 그리고, 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 피드백 정보를 전송하는 단계들도 송신 디바이스로부터 전송되는 훈련신호에 따라 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 훈련신호 및 그에 따른 피드백 정보는 다수의 빔포밍 안테나 그룹 각각에 대한 성능 검출을 위해 반복될 수 있으며, 동시에 채널 행렬(H)의 랭크를 측정할 수 있도록 수회 반복될 수 있다(S13, S14, S15).
이와 같은 과정의 반복된 후에 송신 디바이스는 상기 피드백 정보를 통해 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 결정한다(S16). 송신 디바이스는 상기 검출 결과에 기초하여 소정 기준치 이상의 성능을 보이는 빔포밍 안테나 그룹 중 최적의 안테나 그룹을 선택할 수 있다.
또한, 수신 디바이스가 전송하는 피드백 정보에는 단계 S11 또는 S14에서 신호검출 결과로 수신한 신호의 세기 정보를 포함할 수도 있다. 따라서, 송신 디바이스는 사용할 빔포밍 안테나 그룹을 선택할 뿐만 아니라 선택된 빔포밍 안테나 그룹에 대해 적용할 안테나 어레이 가중치 벡터(Antenna array Weight vector: AWV)도 결정할 수 있다.
AWV는 빔포밍을 수행하는 송신 디바이스 및 수신 디바이스 간 수신 세기 정보에 기초하여 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 디바이스는 상기 단계 S11 또는 S14에서 신호 검출시 상기 AWV 정보를 산출하여 피드백 정보에 포함시켜 송신 디바이스에 전송할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스에서 피드백 정보에 포함된 수신신호 세기 정보를 토대로 안테나 그룹 결정 단계(S16)에서 결정할 수도 있다. 그리고, 결정된 빔포밍 안테나 그룹에 대한 정보를 수신 디바이스로 전송하고 해당 안테나 그룹을 사용하여 디바이스간 통신을 수행한다(S17).
한편, 도 13에 도시된 것과 달리 수신 디바이스가 송신 디바이스로 피드백 정보를 전송하는 단계 S12 또는 제 15 단계에서, 사용가능한 빔포밍 안테나 그룹 또는 안테나를 지시하는 정보를 직접 전송할 수도 있다. 예를 들어, 수신 디바이스가 신홈 검출을 통해 최적의 빔포밍 안테나 그룹를 선택한 경우, 해당 빔포밍 안테나 그룹에 할당된 인덱스 정보 등을 송신 디바이스에게 직접 알려줄 수 있다. 이와 같이, 수신 디바이스가 직접 빔포밍 안테나 그룹를 지시하는 정보를 전송하는 경우, 훈련신호와 그에 따른 피드백정보의 전송횟수를 줄일 수 있고, 피드백 정보량 역시 줄일 수 있다.
이때, 송신 디바이스가 전송하는 훈련 신호는 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 공유하는 소정의 기 설정된 훈련 시퀀스에 따른 신호로서, 경우에 따라서 송신 디바이스에 대한 식별 정보를 포함할 수 있다.
훈련 시퀀스에 사용할 수 있는 시퀀스로는, 직교 코드 시퀀스, PN(Pseudo Noise) 시퀀스, 하다마드 코드(Hadamard Code) 시퀀스, CAZAC 시퀀스 등을 들 수 있다. 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 포멧의 일 예는 도 14 및 도 15를 참조하여 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 신호는 도 14에 도시된 데이터 패킷의 형태로 전송되며, 이하 설명에서는 훈련 신호 데이터 패킷의 일 예로 설명하도록 한다.
도 14를 참조하면, SM MIMO 시스템에서 디바이스간 전송하는 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 패킷은 HRPDU(High-Rate Protocol Data Unit) 패킷 포멧으로 전송할 수 있다. HRPDU 패킷의 일 예는, 고속 레이트 물리계층(HRP) 프리엠블(100), 고속 레이트 물리계층(HRP) 헤더(101), 매체 접근 제어(MAC) 헤더(102), 헤더 체크 시퀀스(HCS, 103), 적어도 하나 이상의 서브 패킷으로 구성된 패킷 바디(104) 및 빔 트래킹(beam tracking)을 위해 할당되는 영역(105)을 포함한다.
SM MIMO 시스템에서 사용하는 HRPDU 형태의 훈련 신호 패킷은 HRP 프리엠블(100)에 일반적으로 할당하던 8 개의 심볼이 아닌 14 개의 HRP 프리엠블 심볼이 할당된다.
먼저, 1∼4의 처음 4개의 HRP 프리엠블 심볼은 시간 도메인 프리엠블로, 1.5배 재샘플링된 m 시퀀스로부터 유도된다. m 시퀀스는 수학식 16에서와 같이 8차 다항식으로 생성된다.
[수학식 16]
시간 도메인 프리엠블은 5번 반복된 m 시퀀스로 구성된 하나의 시퀀스를 재샘플링하는 것에 의해 4개의 OFDM 심볼에 대응하는 시간 간격의 크기를 차지하며, 부호 전환된 m 시퀀스가 따르며, 나머지 공간은 0으로 채워진다.
다음, 5∼14의 심볼은 주파수 도메인 심볼로, 시간 도메인 샘플로 변환되기 전에 5,6,7,8,11 심볼은 +1의 값이 곱해지는 반면, 9,10,13,14 심볼은 -1의 값이 곱해진다. 상기 시간 도메인 샘플들은 해당하는 주파수 도메인 값의 512 IFFT 변환 과정을 거쳐 얻어질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 HRP 헤더(101)는 도 15에 도시된 것처럼 구성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷에 포함되는 HRP 헤더 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호의 HRP 헤더의 포멧도 도 15에 도시된 일 예와 같이 구성된다.
도 15를 참조하면, HRP 헤더(101)는 물리계층 제어영역(PHY control, 1010) 및 적어도 하나 이상의 서브 패킷 헤더로 구성되는 패킷 헤더 바디(1020)를 포함한다. 물리계층 제어 영역(1010)은 빔 트래킹 영역(Beam tracking, 1011), 차등 데이터 보호(Unequal Error Protection: UEP) 매핑을 위한 영역(1012), 스크램블링 동작을 수행하는 스크램블러의 초기값(S0,S1,S2,S3)이 할당되는 영역(1013) 및 데이터 스트림이 할당되는 영역(1014)을 포함한다.
상기 빔 트래킹 영역(1011)에 1 비트가 할당되는 경우, 데이터 패킷에 빔 트래킹을 위한 훈련 신호가 부가되는 경우 1로 설정되고, 그렇지 않은 경우에는 0으로 설정된다.
상기 UEP 매핑을 위한 영역(1012)은 1비트가 할당되는 경우, 서브 패킷에서 UEP 모드가 UEP 매핑 모드를 사용하는 경우 1로 설정되며, UEP 코딩 모드를 사용하는 경우애는 0으로 설정될 수 있다.
다만, 상기 빔 트래킹 영역(1011) 및 UEP 매핑을 위한 영역(1012)은 각 영역에 할당되는 비트 수가 증가하면 보다 다양한 정보를 포함할 수 있고, 현재 1비트가 할당되는 경우 상술한 1과 0의 설정 의미가 바뀔 수 있다.
데이터 스트림 영역(1014)은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 다중화를 위해 사용되는 영역으로, 2비트가 할당될 수 있다. 데이터 스트림 영역(1014)은 패킷에 존재하는 데이터 스트림의 개수보다 적은 경우 1로 설정되고, 동일한 비트 값이 공간 스트림 각각의 물리계층 제어 영역(1010)에 특정될 수도 있다. 만약, 공간 멀티플렉싱이 이용되지 않으면, 상기 데이터 스트림 영역(1014)은 0으로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 상기 영역에 할당되는 비트 수가 증가하면 보다 다양한 정보를 포함할 수 있고, 현재 1비트가 할당되는 경우 상술한 1과 0의 설정 의미가 바뀔 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 정보를 포함하는 데이터 패킷의 일 예를 도 16 및 도 17을 참조하여 설명하도록 한다. 구체적으로, 도 16 및 도 17에 도시된 피드백 정보는 안테나 어레이 가중치 벡터에 관한 정보를 포함하는 피드백 정보의 일 예를 나타낸다.
빔 포밍은 전방향(omni-directional) 빔 포밍 또는 단일방향(directional) 빔 포밍을 포함하므로, 빔 서칭 과정에서 전송하는 피드백 데이터 패킷은 전방향 및 단일방향으로 구분할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면으로, 전방향 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 16을 참조하면, 전방향 빔 서칭 피드백 패킷은 빔 서칭이 수행되는 동안 송신 디바이스의 전송전력의 조정을 요청하는 정보를 포함하는 송신 디바이스 이득 선택 영역(TX gain selection, 110), 유보영역(111), 송신 디바이스의 AWV 피드백 정보를 포함하는 영역(Tx AWV feedback, 112) 및 송신 디바이스의 AWV 인덱스 정보를 포함하는 영역(Tx AWV Index, 113)을 포함한다.
상기 송신 디바이스 이득 선택 영역(110)은 빔 서칭 과정 동안 수신 신호의 세기에 기초하여 송신 디바이스의 전송 전력을 조정함으로써 빔 포밍 이득을 제어하기 위한 지시정보를 포함한다.
상기 송신 AWV 피드백 정보가 포함되는 영역(112)에는 AWV가 각 안테나 그룹에 대응하는 빔 패턴의 위상(phase) 및 진폭(magnitude) 이 합성된 값으로 구성된 가중치 벡터이므로, 그에 관한 정보를 나타내는 시퀀스가 포함된다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 다른 예를 나타내는 도면으로, 단일방향 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 17을 참조하면, 단일방향 빔 서칭에서의 피드백 패킷은 유보영역(120), 송신 디바이스 AWV 피드백 정보를 포함하는 영역(121), 송신 디바이스 AWV 인덱스 정보를 포함하는 영역(122) 및 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check)를 위한 비트를 포함하는 영역(123)을 포함한다.
상기 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 패킷은 HRP 모드로 전송되고, 상기 피드백 정보는 LRP 모드로 전송될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 최적의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하기 위한 빔서칭 과정은 WVAN 송신 디바이스의 MAC 계층에서 수행할 것을 결정하기도 하나, WVAN 수신 디바이스에서 현재 사용중인 빔포밍 안테나 그룹을 통한 링크 상태가 좋지 않은 경우 새로운 HRP 또는 빔포밍 LRP 링크로 변경하기 위한 빔서칭 동작을 송신 디바이스에 요청할 수도 있다. 이런 경우, 현재 송신 디바이스로부터 수신받는 데이터에 대한 수신확인 신호(ACK/NACK)에 빔서칭 요청 메시지를 포함하여 전송할 수 있다.
한편, 빔포밍 안테나 시스템에서 사용하는 채널 행렬의 랭크가 1이거나 1에 가까운 경우에는 단일입력 단일출력(SISO) 시스템으로 보아 일반적인 빔 서칭 및 빔 포밍을 수행하고, 공간 다중화(SM)를 위한 빔 서칭 과정은 수행하지 않는다. 그러나, 채널 행렬의 랭크가 1보다 큰 경우, 빔 포밍은 N개의 공간 스트림을 형성하기 위해 수행되고, 여기서 N은 채널 행렬의 랭크(H)의 최소개수와 동일하다. 즉, 채널 랭크가 1보다 큰 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스는 전송하려는 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩을 수행한다. 도 9에서 특이값 분해 방식(SVD)의 공간 코더 또는 별도의 프리코더에서 전송하려는 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩 행렬을 이용해 프리코딩을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스는 공간 다중화를 위한 훈련 시퀀스 및 그에 따른 피드백 정보를 송수신하여, 공간 다중화 프리코딩 행렬을 구할 수 있다. 이하, 공간 다중화를 위한 빔서칭 과정의 일 예를 도 18을 참조하여 설명하도록 한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 공간 다중화를 위한 프리코딩을 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 18을 참조하면, 빔 서칭을 위해 훈련신호 및 그에 따른 피드백 정보의 전송과정(S20 내지 S25)는 도 10의 단계 S10 내지 S15의 과정에 대응한다. 따라서, 동일한 과정의 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 상기 빔 서칭 과정 수행 후 수신 디바이스로 공간 다중화 프리코딩 행렬을 구하기 위한 훈련 신호를 전송한다(S26). 수신 디바이스는 상기 훈련 신호에 대응하는 공간 다중화 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송한다(S27). 공간 다중화 피드백 정보는 상술한 전방향 또는 단일방향 피드백 정보를 비롯하여 전송하려는 최대 데이터 스트림 수에 따른 최소 채널 행렬 랭크에 따라 프리코딩 행렬 크기를 조정하기 위한 정보를 포함한다.
피드백 정보를 수신한 송신 디바이스는 상기 프리코딩 행렬 크기 조정 정보에 기초하여 공간 다중화 피드백 정보를 통해 프리코딩 행렬를 결정한다(S28). 그리고, 결정된 프리코딩 행렬을 이용하여 전송하려는 데이터에 프리코딩 수행한 후 수신 디바이스로 전송함으로써(S29) 디바이스간 통신을 수행한다.
상기 공간 다중화 훈련 신호는 마찬가지로 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함한다. 공간 다중화 빔 서칭 훈련 시퀀스는 상술한 것과 마찬가지로 공간 다중화 안테나 포트 및 송신 디바이스 AWV 각각에 대한 각각 다른 PN 시퀀스, 하다마드 코드 시퀀스, 직교 코드 시퀀스, CAZAC 시퀀스 등을 사용할 수 있다. 또한, 훈련 시퀀스를 포함하는 데이퍼 패킷은 도 14 및 도 15에 도시된 데이퍼 패킷의 일 예와 동일한 형태로 전송될 수 있다.
상기 공간 다중화를 위한 훈련 시퀀스는 각 빔포밍 안테나 그룹을 위한 훈련 시퀀스로, 서로 다른 공간 다중화를 위한 안테나 그룹에 대한 서로 다른 훈련 시퀀스를 포함할 수 있다.
상기 공간 다중화 피드백 정보는 LRP 모드에서 짧은 전방향(short-omni) LRP 패킷을 통해 전송될 수 있다. 이하 도 19를 참조하여 설명하도록 한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 또 다른 예를 나타내는 도면으로, 단기 전방향(short-omni) 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 19를 참조하면, 피드백 패킷은 스트림 넘버에 관한 정보가 포함되는 영역(130), 빔 포밍 안테나 포트에 관한 정보가 포항되는 영역(131), 부반송파 차수에 관한 정보가 포함되는 영역(132), 수신신호의 세기에 관한 정보가 포함되는 영역(133), 프리코딩 행렬을 구성하는 벡터들의 앵글에 관한 정보가 포함되는 영역(134), 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)를 위한 CTC 비트가 포함되는 영역(135) 및 데이터 패킷을 구성하는 비트수가 정수의 옥텟을 구성하도록 스터프 비트(stuff bit)가 부가되는 영역(136)을 포함한다.
상기 스트림 넘버에 관한 정보를 포함하는 영역(130) 및 안테나 포트에 관한 정보가 포함되는 영역(131)에는 현재 사용중인 스트림 및 안테나 포트의 넘버보다 하나 작은 넘버에 관한 정보가 각각 포함된다.
상기 부반송파 차수에 관한 정보가 포함되는 영역(132)은 상기 영역에 포함되는 부반송파 차수만큼 2의 배수를 해준 결과가 프리코딩 행렬 단위당 부반송파 개수와 동일하다.
상기 수신신호 강도 정보가 포함되는 영역(133)은 k번째 전송 데이터 스트림에 대한 (k+1)번째 데이터 스트림의 상대적인 신호 강도에 관한 정보를 포함한다. 상기 도 19의 일 예에서는 상기 k 값은 1,2,3으로 설정하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 프리코딩 앵글 정보가 포함되는 영역(134)은 프리코딩 앵글 그룹 단위로 소정의 비트수를 사용하여 프리코딩 행렬에 포함되는 앵글 정보를 나타낸다.
도 19에서 수신신호 강도에 관한 정보가 포함되는 영역(133), 프리코딩 앵글에 관한 정보가 포함되는 영역(134) 및 스터프 비트가 부가되는 영역(136)은 고정된 비트수가 할당되는 것은 아니므로 구현형태에 따라 다양한 비트수가 할당될 수 있다.
이와 같은 피드백 데이터 포멧의 크기 및 피드백 정보 전송 횟수는 SM MIMO 시스템에서 안테나 그룹 또는 포트수 및 하나의 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 수에 따라 결정된다.
상기 공간 다중화를 위한 피드백 정보량은 빔포밍 안테나 그룹 및 하나의 안테나 그룹을 구성하는 최대 안테나 개수에 따라 결정될 수 있다. 공간 다중화를 위한 피드백 패킷의 일 예는 72 비트 또는 144 비트수로 구성될 수 있다. 또한, 도 19에 도시된 피드백 패킷에 한정되지 않으며, 상술한 빔서칭 피드백 패킷처럼 송신 디바이스 안테나 어레이 가중치 벡터(AWV)에 관한 피드백 정보를 포함하는 영역 및 송신 디바이스 인덱스 정보를 포함하는 영역을 포함할 수 있다.
빔 서칭을 위한 AWV 피드백 크기는 송신 디바이스의 빔포밍 안테나 그룹 수 (P)×하나의 안테나 그룹에 포함될 수 있는 최대 안테나 수(Q)는 72개를 넘을 수 없기 때문에 AWV 피드백 비트(N)는 최대 72비트 또는 144비트를 사용할 수 있다.
표 2는 다수의 빙포밍 안테나 그룹을 포함하는 SM MIMO 디바이스에서 하나의 빔포밍 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 개수에 관한 정보를 나타내는 것으로, 피드백 비트수로 72비트를 사용하는 경우에 관한 것이다.
[표 2]
다음, 표 3은 피드백 비트수가 144비트일 때의 하나의 빔포밍 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 개수에 관한 정보를 나타내는 것이다.
[표 3]
상기 표 2 및 표 3을 참조하면, SM MIMO에서 사용하는 안테나 그룹(또는 안테나 포트)은 최소 2개까지 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템은 도 9에 도시된 SVD 인코더를 통해 최소한의 서브 채널 수 2개를 구성하도록 구현함으로써, 빔포밍 안테나 그룹도 최소 2개로 줄일 수 있고, 그에 따라 피드백 정보량 및 전송 횟수도 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 빔포밍 안테나 그룹을 구비한 SM MIMO 디바이스의 다른 예로, MIMO 포스트앰블(postamble)을 사용하여 최적의 안테나 그룹 선택을 위한 피드백 정보 송수신과정을 생략할 수도 있다.
MIMO 포스트앰블은 MIMO가 아닌 일반적인 시스템(non-MIMO)에서 모든 빔포밍 안테나 그룹 또는 빔포머로부터 동시에 전송되는 것으로, 훈련신호와 동일 또는 유사한 의미를 갖는다. 그러므로, 이 포스트앰블에 포함된 신호는 수신 디바이스의 각 빔포머를 통해 방송되는 신호에서 분리되어야 하고, 이를 위해 왈쉬 시컨스(Walsh sequence)를 이용할 수 있다.
왈쉬 시컨스는 LW = 2P의 길이를 갖고, 여기서 p=1,2,3,...의 특징을 갖는다. 각 전송 빔포머는 각각 개별적인 왈쉬 시컨스를 이용하여야 하고, 그러므로 MIMO 포스트앱블의 길이 L은 전송 빔포머의 개수(M)와 동일하거나 더 많아야 한다. 예를 들어, 전송 빔포머의 수가 6 또는 8인 경우 LW = 8이 되고, MIMO 포스트앰블은 8개의 OFDM 심볼로 구성되는데 그 일 예가 수학식 17에 나타나있다.
[수학식 17]
수학식 17에 나타난 행렬의 행과 열은 각각 길이 LW = 8을 가진 왈쉬 시퀀스를 나타낸 것이다.
상기 포스트앰블을 이용하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 시스템에서 피드백 정보의 송신 과정이 없어도 채널 추정 등을 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 디바이스 간 신호 송수신 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
마찬가지로, 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 다수개의 빔포밍 안테나 그룹을 구비하고, 각 안테나 그룹에서 전송되는 신호들은 각각 순차적으로 전송되는 것이 바람직하다. 또한, 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹마다 소정의 시간 간격을 갖고 신호를 전송할 수도 있다.
도 20을 참조하면, 송신 디바이스는 수신 디바이스로 채널 추정 등을 요청하기 위한 요청 메시지(Request To Send: RTS) 패킷을 전송한다(S30). 상기 RTS 패킷의 후단부에는 제1 MIMO 포스트앰블이 부가되며, 상기 RTS 패킷은 non-MIMO 모드로 전송된다. 상기 RTS 패킷을 수신한 수신 디바이스는 상기 제1 MIMO 포스트앰블을 통해 송신 디바이스에서 수신 디바이스로 신호 전송시 사용한 채널에 대한 채널 행렬(H1→2)을 추정하고, 공간 디코더 행렬 U를 산출한다(S31). 공간 디코더 행렬 U는 상술한 것처럼 채널 행렬을 통해 구할 수 있으며, U=(U1,U2)으로 두 개의 행렬 HHH 고유벡터로 구성된다. 수신 디바이스는 수신 디바이스로 CTS(Clear To Sender) 패킷을 전송한다(S32). CTS 패킷의 후단부에도 제2 MIMO 포스트앰블이 부가되며, 상기 제2 MIMO 포스트앰블이 결합된 CTS 패킷은 non-MIMO 모드로 전송된다. 그러면, 송신 디바이스는 수신 디바이스로부터 전송받은 제2 MIMO 포스트앰블을 통해 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 신호 전송과정에서 사용한 채널에 관한 채널 행렬(H2→1)을 추정하고, 공간 인코더 행렬 V를 산출한다(S33). 공간 디코더 행렬 V는 V=(V1,V2)으로 두 개의 행렬 HHH 고유벡터로 구성된다. 일반적으로, 공간 채널의 상호관계에 따라 상기 채널 행렬에 대해 H1→2=H2→1 이 성립하다는 것을 알 수 있다. 따라서, H1→2=H로 설정하고, H2→1=HH로 설정할 수 있다.
다음으로, 송신 디바이스는 수신 디바이스로 HRP SVD 모드에서 첫번째 데이터 패킷을 전송한다(S34). 이때, 데이터 패킷은 도 14에 도시된 일예와 동일한 패킷으로 사용할 수 있다. 상기 데이터 블록의 하단부에도 제3 MIMO 포스트앰블이 부가된다. 수신 디바이스는 수신한 데이터 블록의 제3 MIMO 포스트앰블을 통하여 채널 행렬을 추정하는 과정을 반복한다(S35). 그리고, 수신 디바이스는 상기 데이터 블록에 대한 수신확인(ACK/NACK) 신호를 송신 디바이스로 전송한다(S36). 상기 ACK/NACK 신호의 하단부에 제4 MIMO 포스트앰블을 부가하여 전송하므로, 송신 디바이스는 상기 제4 MIMO 포스트앰블을 통해 사용 채널을 추정할 수 있다(S37). 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 상기 단계 S34 내지 단계 S37이 반복된다. 상기 단계의 반복을 통해 채널을 추정하면, 송신 디바이스 및 수신 디바이스간 통신을 수행한다.
도 20에 도시된 과정의 반복을 통해 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 채널 정보를 얻을 수 있고, 각각 MIMO 포스트앰블을 부가하여 전송함으로써 별도의 피드백 정보 없이도 SVD 모드를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템은 디바이스간 피드백 정보를 송수신하는 과정을 생략할 수 있으므로, MIMO 시스템을 보다 간단하게 구현할 수 있고, 통신 수행까지 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 단계 S36에서 수신 디바이스가 송신 디바이스로 전송하는 ACK/NACK 신호는 도 21에 도시된 데이터 포멧의 형태로 전송될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 수신확인 신호의 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
일반적으로, 방향성 공간 멀티플렉싱 ACK 패킷은 무지향(전방항) LRP 페이로드 영역을 포함하는 방향성 Low-rate Physical Data Unit(LRPDU)을 이용한다. 따라서, 데이터가 주로 HRP 채널을 통해 전송된다면, 수신확인 신호는 LRP 채널을 통해 전송되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 21을 참조하면, 상기 방향성 SM ACK 패킷의 헤더 단순히 1비트가 할당되는 LRPDU상의 페이로드(payload) 여부를 지시하기 위한 첫번째 영역(140), 빔서칭 과정을 요청하기 위한 영역(141), 송신 디바이스로부터 전송되는 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 포함하는 다수개의 영역으로 구성되는 ACK 그룹 영역(142) 및 단기 체크 시퀀스(short check sequence, SCS)를 포함하는 SCS 영역(143)을 포함한다.
상기 빔서칭 과정을 요청하기 위한 영역(141)은 예를 들어, 수신신호 품질이 나쁜 경우, 수신 디바이스가 송신 디바이스에 새로운 빔포밍 안테나 그룹을 통한 신호 전송을 위한 빔 서칭 동작을 요청하기 위해 전송하는 정보를 포함한다. 상기 빔서칭 요청 영역(141)은 1비트가 할당되는 경우, 빔서칭 동작 요청시 1의 값이 설정되고, 그렇지 않은 경우에는 0이 설정될 수 있다. 이 값은 바뀔 수 있을 뿐만 아니라, 상기 영역에 더 많은 비트가 할당되면 보다 상세한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 수신확인 신호는 상술한 적응형 안테나 그룹을 구비한 SVD방식의 SM MIMO 시스템에서 송신 디바이스가 수신 디바이스로부터 수신하는 채널 추정 및 신호 품질에 관한 피드백 정보를 포함할 수 있다. 일반적으로, 피드백 정보는 수신확인 신호를 통해 상대 디바이스로 전송되기도 한다.
상기 ACK 그룹 영역(142)은 각각의 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 포함하는 각각의 영역으로 구성된다. 각각의 영역에는 5비트가 할당될 수 있으며, 도 21에 도시된 것처럼 4개의 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 하나의 데이터 포멧에 포함시켜 전송할 수 있다. 다만, 하나의 ACK 데이터 포멧에 포함되는 ACK 그룹 영역의 수는 이에 한정되지 않는다. k번째 데이터 스트림에 대한 ACK 그룹 영역(142)에서 n번재 비트는 상기 k번째 데이터 스트림을 손실없이 수신한 경우 1로 설정될 수 있다. 각 ACK 그룹 영역(142)에 5비트가 할당되므로, 이중 몇번째 비트가 데이터 스트림 수신확인 정보를 나타내는지를 구현방식에 따라 다르게 설정할 수 있다.반면, 데이터 손실 또는 오류발생 등의 수신과정에서 문제 발생시엔 k 번째 데이터 스트림에 대한 ACK 그룹 영역에 할당되는 모든 비트값을 0으로 설정할 수 있다.
이와 같이, SVD 방식의 SM MIMO시스템에서 비적응형 안테나 그룹 또는 분할형 안테나 그룹을 사용하는 경우, 최대 신호대잡음비(SNR)를 동반하면서 SVD 기반의 시스템에서 사용하는 서브채널 수를 상술한 것처럼 K=min{M×n, N×n}에서 최소 2개까지 줄일 수 있다. 또한, WVAN 디바이스간 피드백 정보 송수신 과정을 생략하더라도 MIMO 포스트앰블을 통해 SVD 모드를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 전송 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 처리 시스템의 실시예를 나타낸 도면이다.
일반적으로, WVAN 디바이스는 방송국, 케이블, 위성 및 WVAN의 다른 디바이스 중 적어도 하나로부터 안테나를 통해 입력받은 A/V 데이터를 이하 후술되는 수행과정을 거쳐 재생할 수 있다. WVAN 디바이스는 다른 디바이스로부터 데이터를 수신하는 경우 수신 디바이스가 될 수 있고, 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 송신 디바이스가 될 수 있다. 또한, 조정기와 메시지 교환을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 송신부 및 수신부가 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹으로 구성된 형태로, SVD 방식의 프리코딩을 수행하는 공간 멀티플렉싱 다중입력 다중출력(SM MIMO) 디바이스의 일 예이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방송 신호 처리 시스템은 송신 디바이스(150), 리모트 콘트롤러(remote controller; 160), 로컬 저장 장치(170), 수신 디바이스(190)와 무선 통신을 수행하기 위한 네트워크 장치(180)를 포함한다.
A/V 데이터를 전송하는 송신 디바이스(150)는 수신부(151), 복조부(152), 디코딩부(153), 디스플레이부(154), 제어부(155), 공간 다중화 프리코더＆빔포밍 모듈(156), 그래픽 처리부(157), 송신부(158) 및 제어신호 통신부(159)를 포함할 수 있다. 도 22의 일 예에서, 송신 디바이스는 로컬 저장 장치(170)를 더 포함하는데, 로컬 저장 장치(170)가 입출력 포트를 포함하는 송신부(158)와 직접 연결된 예를 개시하지만, 로컬 저장 장치는 송신 디바이스(150) 내부에 마운트된 저장 장치일 수 있다.
송신부(158)는 유무선의 네트워크 장치(180)와 통신할 수 있고, 네트워크 장치(180)를 통해 무선 네트워크상에 존재하는 적어도 하나 이상의 수신 디바이스(190)와 연결될 수 있다. 제어신호 통신부(159)는 사용자 제어 기기, 예를 들면 리모트 콘트롤러 등에 따라 사용자 제어 신호를 수신하고 수신한 신호를 제어부(155)로 출력할 수 있다.
수신부(151)는 지상파, 위성, 케이블, 인터넷 망 중 적어도 하나를 통해 특정 주파수의 방송 신호를 수신하는 튜너일 수 있다. 수신부(151)는 방송 소스 예를 들어, 지상파, 케이블, 위성, 개인 방송별로 각각 구비될 수도 있고, 통합 튜너일 수도 있다. 또한 수신부(151)가 지상파 방송용 튜너라고 가정할 경우, 적어도 하나의 디지털 튜너와 아날로그 튜너를 각각 구비할 수도 있고, 디지털/아날로그 통합 튜너일 수도 있다.
또한, 수신부(151)는 유무선의 통신을 통해 전달되는 IP(Internet Protocol) 스트림을 수신할 수도 있다. IP 스트림을 수신할 경우 수신부(151)는 수신되는 IP 패킷과 수신기가 전송하는 패킷에 대하여 소스와 목적지 정보를 설정하는 IP 프로토콜에 따라 송수신 패킷을 처리할 수 있다. 수신부(151)는, IP 프로토콜에 따라 수신된 IP 패킷에 포함된 비디오/오디오/데이터 스트림을 출력할 수 있고, 네트워크로 송신할 트랜스포트 스트림을 IP 프로토콜에 따라 IP 패킷으로 생성하여 출력할 수 있다. 수신부(151)는 외부에서 입력되는 영상 신호를 수신하는 구성요소로서, 예를 들면 외부로부터 IEEE 1394 형식의 비디오/오디오 신호 입력이나, HDMI와 같은 형식의 스트림을 입력받을 수도 있다.
복조부(152)는 수신부(151)를 통해 입력되는 데이터 중 방송 신호나 수신 디바이스에서 전송한 방송신호를 변조 방식의 역으로 복조한다. 복조부(152)는 방송 신호를 복조하여 방송 스트림을 출력한다. 수신부(151)가 스트림 형식의 신호를 수신할 경우, 예를 들면 IP 스트림을 수신할 경우 IP 스트림은 복조부(152)를 바이패스하고 디코딩부(153)로 출력된다.
디코딩부(153)는 오디오 디코더와 비디오 디코더를 포함하며, 복조부(152)에서 출력되는 방송 스트림을 디코딩 알고리즘으로 디코딩한 후 디스플레이부(154)로 출력한다. 이때 복조부(152)와 디코딩부(153)사이에는 각 스트림을 해당 식별자에 따라 분리하는 역다중화기(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 상기 역다중화기는 방송 신호를 오디오 요소 스트림(ES)과 비디오 요소 스트림(ES)으로 구분하여 디코딩부(153)의 각각의 디코더로 출력할 수 있다. 또한 하나의 채널에 복수개의 프로그램이 다중화되어 있는 경우, 사용자가 선택한 프로그램의 방송 신호만을 선택하여 비디오 요소 스트림과 오디오 요소 스트림으로 구분할 수 있다. 만일 복조된 방송 신호에 데이터 스트림이나 시스템 정보 스트림이 포함되어 있다면, 이것도 역다중화기에서 분리되어 해당 디코딩 블록(미도시)으로 전달된다.
디스플레이부(154)는 수신부(151)로부터 수신한 방송 콘텐츠, 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 표출할 수 있다. 그리고, 제어부(155)의 제어 커맨드에 따라 저장 장치의 마운트 여부 및 잔여 용량에 관련된 정보를 표출하는 메뉴를 디스플레이하고 사용자의 제어에 따라 동작될 수 있다.
제어부(155)는 예시한 구성 요소(수신부, 복조부, 디코딩부, 디스플레이부, 그래픽 처리부, 공간 다중화 프리코더 및 빔포밍 모듈, 인터페이스부) 등의 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 사용자의 제어 커맨드을 수신하는 메뉴를 표출시키고, 사용자에게 방송 신호 처리 시스템의 각종 정보나 메뉴를 표출하는 애플리케이션 등을 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(155)는, 로컬 저장 장치(170)가 마운트된 경우 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 읽어오도록 할 수 있다. 그리고, 제어부(155)는, 로컬 저장 장치(170)가 마운트된 경우 수신부(151)로부터 수신한 방송 콘텐츠를 로컬 저장 장치(170)에 저장하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)가 마운트되었는지 여부에 따라 로컬 저장 장치(170)가 마운트하도록 제어하는 신호를 출력할 수 있다.
제어부(155)는 로컬 저장 장치(170) 의 잔여 저장 용량을 체크하고, 이에 대한 정보를 사용자에게 디스플레이부(154) 또는 그래픽 처리부(157)를 통해 디스플레이부(154)상에 표출되도록 할 수 있다. 그리고, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)에 잔여 저장 용량이 부족한 경우, 원격 저장 장치 등에 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 옮겨 저장하도록 할 수 있다. 이 경우 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)의 잔여 저장 용량이 부족한 경우 사용자에게 디스플레이부(154)를 통해 다른 로컬 저장 장치(미도시)나 원격의 저장 장치 등에 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 옮겨 저장할지 여부를 나타내는 메뉴를 표출할 수 있다. 그리고 그에 대한 사용자의 제어 신호를 수신하여 처리할 수 있다. 따라서, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)와 그 이외에 직접 또는 원격으로 마운트된 저장 장치에 저장된 콘텐츠를 서로 이동시켜 저장시키도록 할 수 있다.
공간 다중화 프리코더 및 빔 포밍 모듈로 구성된 제2 제어모듈(156)은 수신부(151)로부터 직접 방송 신호를 입력받거나 복조부(152)에서 복조된 방송 신호를 입력받을 수 있는데, 전자의 경우 인코딩 과정은 생략할 수 있다. 또한, 수신부(151)에서 수신한 방송 신호는 제어부(155)에서 신호 전송을 위한 처리과정 등을 거쳐 제2 제어모듈(156)로 전달될 수 있다. 제2 제어모듈(156)은 송신 디바이스(150)가 SM MIMO 디바이스임에 따라 송신부(159)를 통해 전송하려는 데이터 스트림에 프리코딩을 수행하는 공간 다중화 프리코더를 포함한다. 상기 공간 다중화 프리코더애서는 도 9에서 상술한 전송 데이터 스트립에 대한 프리코딩을 수행하는데, 이때 SVD 방식의 프리코딩을 수행한다. 한편, 복조부(152)로부터 전송된 데이터에 대해서는 도 22에는 도시되지 않았으나 제2 제어모듈(156)에 전송하려는 데이터가 채널을 거치면서 서로 직교한 서브 채널을 형성하도록 인코딩하는 SVD 방식의 공간 인코더를 포함할 수 있다. SVD 방식의 공간 인코더는 제어부(155)내 포함될 수도 있다.
또한, 제2 제어모듈(156)에는 다중 안테나를 구비한 송신 디바이스(150)가 빔포밍 기술을 사용하기 위한 빔 서칭 과정을 수행하도록 제어하는 빔 포밍 모듈을 포함한다. 빔 서칭은 상술한 것처럼 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호를 수신 디바이스로 전송하고, 수신 디바이스로부터 상기 훈련 신호에 대한 피드백 정보를 수신받아, 피드백 정보를 기초로 사용하려는 안테나 그룹을 결정하고, 다수의 안테나 그룹에 대한 가중치 값을 결정하기 위한 수행동작이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 송신 디바이스는 공간 다중화를 위한 프리코딩을 수행하면서, 최적의 프리코딩 행렬을 구하기 위한 신호 송수신을 수행할 수 있다. 즉, 송신 디바이스(150)는 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호를 수신 디바이스(190)로 전송하고, 수신 디바이스(190)로부터 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 결정된 프리코딩을 위한 피드백 정보를 수신하도록 제어하는 송수신 모듈을 포함할 수 있다. 송수신 모듈은 도 22에는 별도로 도시되어 있지 않으나 제어부(155) 또는 제2 제어모듈(156)내 포함되거나 별도의 구성요소로 구비될 수 있다. 상기 피드백 정보가 수신부(151)를 통해 수신되면, 송신 디바이스(150)는 상기 피드백 정보에 기초하여 최적의 안테나 그룹 결정 및 프리코딩 행렬을 결정한다. 이때, 상기 안테나 그룹 결정 및 프리코딩 행렬 결정은 제2 제어모듈(156)에서 수행하거나 또는 제어부(155)에서 수행하고 결정된 안테나 그룹 및 프리코딩 행렬을 정보를 제2 제어모듈(156)로 전송하여 프리코딩을 수행하도록 할 수도 있다.
상술한 것 외에도, 제2 제어모듈(156)에서 수행되는 제어방식은 제어부(155)에서 수행될 수 있다. 도 22에서는, 설명의 편의를 위해 제어부(155)와 제2 제어모듈(156)이 별도로 구비되는 예를 개시하지만, 점선으로 표시된 부분과 같이 하나의 시스템 칩으로 구현될 수도 있다.
그래픽 처리부(157)는 디스플레이부(154)가 표출하는 비디오 이미지에 메뉴 화면 등을 표출할 수 있도록 표출할 그래픽을 처리하여 디스플레이부(154)에 함께 표출되도록 제어할 수 있다.
송신부(158)는 제어부(155) 또는 제2 제어 모듈(156)에서 생성된 데이터 스트림을 유무선 네트워크를 통해 수신 디바이스(190)로 전송하거나 또는 상기 송신 디바이스(150)가 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 이용될 수 있다.
또한, 송신부(158)은 WVAN에 속한 디바이스간 양방향 통신을 수행할 수 있도록 인터페이스부를 포함할 수 있다. 인터페이스부는 유무선 네트워크를 통해 적어도 하나 이상의 수신 디바이스(190)와 인터페이스 할 수 있으며, 이더넷(ethernet) 모듈, 블루투스 모듈, 근거리 무선인터넷 모듈, 휴대 인터넷 모듈, 홈 PNA 모듈, IEEE1394 모듈, PLC 모듈, 홈 RF 모듈, IrDA 모듈 등을 예로 들 수 있다.
이상에서 상술한 송신 디바이스는 도 22에는 도시되어 있지 않으나 도 9를 참조하여 언급한 구성요소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템은 지향성이 강한 mmWave에 사용하면 보다 효과적이다.
이상에서 사용된 용어들은 다른 것들로 대치될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 사용자 장치(또는 기기), 스테이션(station) 등으로 변경될 수 있고, 조정기는 조정(또는 제어) 장치, 조정(또는 제어) 디바이스, 조정(또는 제어) 스테이션, 코디네이터(coordinator), PNC(piconet coordinator) 등으로 변경되어 사용될 수 있다. 또한, WVAN을 구성하는 WVAN 파라미터는 네트워크 구성정보와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
이상에서 사용되는 용어들은 다른 것들로 대치될 수 있다. 예를 들어, 사용자 장치는 디바이스, 사용자 기기, 스테이션(station) 등으로 변경될 수 있고, 조정 장치는 제어 장치, 조정(또는 제어)기, 조정(또는 제어) 디바이스, 조정(또는 제어) 스테이션, 코디네이터(coordinator), PNC(piconet coordinator) 등으로 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 데이터 패킷은 메시지, 트래픽, 비디오/오디오 데이터 패킷, 제어 데이터 패킷 등의 송수신되는 정보들을 통칭하는 것으로 어느 특정 데이터 패킷에 한정되지 아니한다.
그리고 통신 시스템에서 통신을 수행할 수 있는 디바이스로는 컴퓨터, PDA, 노트북, 디지털 TV, 캠코더, 디지털 카메라, 프린터, 마이크, 스피커, 헤드셋, 바코드 판독기, 디스플레이, 휴대폰 등이 있으며 모든 디지털 기기가 이용될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 실시예들은 다양한 무선통신 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선통신 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 3GPP2 및/또는 IEEE 802.xx (Institute of Electrical and Electronic Engineers 802) 시스템 등이 있으며, 무선 네트워크를 형성하는 기기들 간에 오디오 또는 비디오 데이터를 주고 받을 수 있는 블루투스(bluetooth), 무선 사설망(WPAN: Wireless Personal Area Network) 기술에도 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선접속 시스템을 응용한 모든 기술분야에 적용될 수 있다.
도 2는 WVAN에서 사용되는 HRP 채널과 LRP 채널들의 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 WVAN에서 사용되는 슈퍼 프레임(superframe) 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 WVAN의 디바이스에 구현된 프로토콜 계층구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 다수의 안테나를 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 SVD MIMO 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 다른 예를 나타내는 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 빔 포밍을 수행하는 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 일 예를 나타내는 블록구성도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 빔포머에서의 빔포밍 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 발생되는 빔 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 발생되는 빔 패턴의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 빔서칭을 위한 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷에 포함되는 HRP 헤더 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 공간 다중화를 위한 프리코딩을 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스 간 신호 송수신 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 수신확인 신호의 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 처리 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
[발명의 실시를 위한 형태]
최근에, 가정 또는 소규모 직장 같은 한정된 공간에서 비교적 적은 수의 디지털 기기들 간에 무선 네트워크를 형성하여 기기들 간에 오디오 또는 비디오 데이터를 주고 받을 수 있는 블루투스(bluetooth), 무선 사설망(WPAN: Wireless Personal Area Network) 기술이 개발되고 있다. WPAN은 비교적 가까운 거리에서 비교적 적은 수의 디지털 기기들 사이에 정보를 교환하는데 사용될 수 있으며, 디지털 기기들 사이에 저전력 및 저비용 통신을 가능하게 한다. 2003년 6월 12일에 승인된 IEEE 802.15.3(Wireless Medium Access Control(MAC) and Physical Layer(PHY) Specifications for High Rate Wireless Personal Area Networks(WPANs))은 고속 WPAN의 매체 접속 계층(MAC) 및 물리 계층(PHY)에 관한 표준(specification)을 정의한 것이다.
도 1은 WVAN의 구성의 일 예를 도시한 것이다. WVAN은 가정과 같은 한정된 공간 내에서 개인 디바이스(Device)간 구성된 네트워크이고, 장치간 직접 통신하여 네트워크를 구성하여 애플리케이션(application) 사이에 끊김 없이 정보를 교환할 수 있도록 한다.
도 1을 참조하면, WVAN은 둘 이상의 사용자 디바이스(22∼25)로 구성되며 그 중 하나의 디바이스는 조정기(coordinator, 21)로서 동작한다. 상기 조정기(21)는 WVAN의 기본 타이밍을 제공하고, WVAN에 속한 디바이스들의 트랙을 유지하며, QoS(Quality of Service) 요구사항을 제어하는 등의 역할을 수행한다. 조정기 역시 디바이스이므로 조정기 역할을 수행하면서 동시에 WVAN에 속한 하나의 디바이스 역할도 수행한다. 상기 조정기(21)와 구분되는 다른 디바이스(22∼25)는 스트림 연결을 시작할 수 있다.
도 1에 도시된 WVAN은 물리계층으로서 HRP(high-rate physical layer)와 LRP(low-rate physical layer)를 지원한다. HRP는 1Gb/s 이상의 데이터 전송 속도를 지원할 수 있는 물리계층이고, LRP는 수 Mb/s의 데이터 전송속도를 지원하는 물리계층이다. HRP는 고지향성(highly directional)으로 유니캐스트 연결(unicast connection)을 통해 등시성(isochronous) 데이터 스트림, 비동기 데이터, MAC 커맨드(command) 및 A/V 제어 데이터 전송에 사용된다. LRP는 지향성 또는 전방향성(omni-directional) 모드를 지원하며 유니캐스트 또는 방송을 통해 비컨, 비동기 데이터, MAC 커맨드 전송 등에 이용된다. 상기 조정기(21)는 HRP 및/또는 LRP를 이용하여 다른 디바이스로 데이터를 전송하거나 다른 디바이스로부터 데이터를 전송 받을 수 있다. WVAN의 다른 디바이스(22∼25)들 역시 HRP 및/또는 LRP를이용하여 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.
도 2는 WVAN에서 사용되는 HRP 채널과 LRP 채널들의 주파수 대역을 설명하기 위한 도면이다. HRP는 57-66 GHz 대역에서 2.0 GHz 대역폭의 네 개의 채널을 사용하며, LRP는 92 MHz 대역폭의 세 개의 채널을 사용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, HRP 채널과 LRP 채널은 주파수 대역을 공유하며 TDMA 방식에 의해 구분되어 사용된다.
도 3은 WVAN에서 사용되는 슈퍼 프레임(superframe) 구조의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 각 수퍼프레임은 비컨(beacon)이 전송되는 영역(30)과, 디바이스들의 요청에 따라 조정기에 의해 임의의 디바이스에 할당되는 예약된 채널 타임 블록(reserved channel time block)을 포함하는 예약영역(32) 및 조정기에 의해 할당되지 않고 조정기와 디바이스간 또는 디바이스와 디바이스간 경쟁 방식(contention based)에 따라 데이터를 송수신하는 예약되지 않은 채널 타임 블록(unreserved channel time block)을 포함하는 비예약 영역(31)으로 구성된다. 각 영역은 시분할(time devision)된다. 각각의 채널 타임 블록(channel time block: CTB)들은 다시 HRP를 통해 데이터가 전송되는 영역(HRP 영역)과, LRP를 통해 데이터가 전송되는 영역(LRP 영역)으로 시분할(time division)된다. 비컨(30)은 매 슈퍼 프레임의 도입부를 식별하기 위해서 상기 조정기에 의해서 주기적으로 전송되는 것으로, 스케줄링된 타이밍 정보 WVAN의 관리 및 제어 정보를 포함한다. 상기 디바이스는 상기 비컨에 포함된 타이밍 정보 및 관리/제어 정보 등을 통해서 상기 네트워크에서 데이터 교환을 할 수 있다.
상기 HRP 영역에서 예약 CTB 영역은 디바이스의 채널 시간 할당 요청에 따라 조정기가 채널 시간을 할당함으로써 할당받은 디바이스가 다른 디바이스로 데이터를 전송하는데 사용될 수 있다. 특정 디바이스가 예약 CTB 영역을 통해 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 HRP 채널을 사용하며, 데이터를 수신하는 디바이스가 수신된 데이터에 대한 수신 확인 신호(ACK/NACK) 신호를 전송하는 경우에는 LRP 채널을 사용할 수 있다.
상기 비예약 CTB 영역은 조정기와 디바이스 또는 디바이스와 디바이스의 사이에서 제어 정보, MAC 커맨드 또는 비동기 데이터 등을 전송하는데 사용될 수 있다. 상기 비예약 CTB 영역에서의 디바이스 간 데이터 충돌을 방지하기 위해 CSMA(Carrier Sense Multiple Access) 방식 또는 슬롯 알로하(slotted Aloha) 방식을 적용할 수 있다. 상기 비예약 CTB 영역에서는 LRP 채널만을 통하여 데이터를 전송할 수 있다. 만일, 전송될 제어정보나 커맨드가 많을 경우 LRP 채널에 예약 영역을 설정하는 것도 가능하다. 각 수퍼프레임에서의 예약 CTB 및 비예약 CTB의 길이 및 개수는 수퍼프레임마다 다를 수 있으며 조정기에 의해 제어된다.
또한, 도 3에는 도시되지 않았지만, 긴급한 제어/관리 메시지를 전송하기 위해서 비컨 다음으로 위치한 경쟁 기반 제어 구간(contention-based control period: CBCP)을 포함한다. 상기 CBCP의 구간 길이는, 일정 임계치(mMAXCBCPLen)를 설정하고 상기 임계치를 넘지 않도록 설정된다.
도 4는 WVAN의 디바이스에 구현된 프로토콜 계층구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, WVAN에 포함된 각 디바이스의 통신 모듈은 그 기능에 따라서 4개의 계층(layer)으로 구분될 수 있고, 일반적으로 적응 부계층(adaptation sublayer)(40), MAC 계층(41), PHY 계층(42) 및 스테이션 관리 개체(Station Management Entity: SME)(43)을 포함하여 이루어진다. 여기서, 스테이션은 조정기와 구분하기 위한 디바이스로, 스테이션 관리 개체(Station Management Entity: SME)는 디바이스 관리 개체(device management entity: DME)와 동일한 의미를 갖는다. 상기 스테이션 관리 개체(SME)는 하위 계층을 제어하고 각각의 계층으로부터 디바이스의 상태 정보를 수집하는 계층 독립 개체(layer independent entity)이다.상기 스테이션 관리 개체(SME)는 디바이스 통신모듈의 각 계층을 관리하는 개체를 포함하는데 상기 MAC 계층을 관리하는 개체를 MLME(MAC Layer Management Entity), 상기 적응 계층을 관리하는 개체를 ALME(Adaptation Layer Management Entity)라고 한다.
적응 부계층(40)에는 AVC 프로트콜 및 A/V 패킷화 장치(A/V packetizer)를 포함할 수 있다. AVC 프로트콜(Audio Video Layer, 400)은 송신 디바이스와 수신 디바이스간 A/V 데이터 전송을 위한 스트리밍 연결 및 디바이스 제어 등을 담당하는 상위계층이고, 상기 A/V 패킷화 장치(410)는 HRP 데이터 서비스를 위하여 A/V 데이터를 포멧한다.
MAC 계층(41)은 자료 전송 프로토콜의 하부 계층으로 링크 셋업(link setup), 연결 또는 비연결, 채널 접근과 같은 기능을 담당하고 신뢰성 있는 데이터 전송 등을 담당한다. 즉, 제어/데이터 메시지를 전송하거나 또는 채널을 제어하는 역할을 한다.
PHY 계층(42)은 A/V 데이터를 직접적으로 처리하거나 동시에 MAC 계층(41)에 의해 처리될 수 있다. PHY 계층은 무선 신호를 담당하기 위해 적응 계층(40), MAC 계층(41)과 같은 상위계층으로부터 요청되는 메시지를 전환하는 역할을 함으로써, 상기 요청 메시지가 물리 계층에 의해 디바이스간 전송될 수 있도록 한다. PHY 계층은 앞서 상술한 HRP(420) 및 LRP(421)의 두 종류의 물리계층을 포함한다.
상기 디바이스의 계층은 고속 데이터 서비스(high rate service), 저속 데이터 서비스(low rate service) 및 관리 서비스(management service)와 같은 서비스를 제공한다. 고속 데이터 서비스는 비디오, 오디오 및 데이터 전달에 이용되고, 저속 데이터 서비스는 오디오 데이터, MAC 커맨드 및 소량의 비동기식(asynchronous) 데이터 전송에 이용된다. 각 계층간에 데이터 교환의 프로세스가 이루어지기 전에 간단한 메시지를 주고받는데, 서로 다른 계층 간에 주고 받는 메시지를 프리미티브(primitive)라고 한다.
이와 같은 WVAN에서 각각의 디바이스는 한정된 대역폭 환경에서 신호를 송수신하는데, 복수개의 송수신부를 구비할 수 있다. 예를 들어, 송신 디바이스 및 수신 디바이스가 복수개의 안테나를 구비하고 상기 복수개의 안테나를 이용하여 데이터 패킷을 전송하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예와 관련된 도면에서 신호를 전송하는 송신 디바이스 및 상기 신호를 수신하는 수신 디바이스의 일 예는 도 1에 도시된 WVAN을 구성하는 임의의 디바이스의 일 예로서 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WVAN에서 다수의 안테나를 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 송신 디바이스는 복수개의 송신부(50), 상기 복수개의 송신부(50)에서 출력되는 신호를 전송하기 편리하도록 코딩 등의 신호 처리를 수행하는 송신측 MIMO신호 처리부(51) 및 복수개의 송신 안테나(52)로 구성된다. 수신 디바이스는 송신 디바이스로부터 출력된 송신 신호를 수신하는 복수개의 수신 안테나(53), 상기 수신한 신호에 대하여 디코딩 등을 수행하여 복수개의 독립된 송신 신호를 검출할 수 있는 수신측 MIMO 신호 처리부(54) 및 프로세서(55)로 구성된다.
MIMO 기술은 송신 디바이스 및 수신 디바이스에 구비된 복수개의 안테나를 두고 다양한 MIMO 기법을 적용하여 동시에 병렬 전송하는 방법으로, 다수의 서로 다른 데이터 패킷을 전송함으로써, 데이터 전송 효율을 높이거나 동일한 데이터 패킷을 동시에 서로 다른 안테나를 사용하여 전송함으로써 안테나 다이버시티 이득을 얻도록 할 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 송신 디바이스가 N개의 송신 안테나(52)를 구비하고, 수신 디바이스가 N개의 수신 안테나(53)를 사용하여 동시에 데이터 패킷을 전송하는 경우, 데이터 레이트(data rate)는 N 배로 증가될 수 있다.
그러나, N개의 송신 안테나(52)와 수신 안테나(53) 간에 형성되는 채널들 사이에는 간섭(interference)이 발생할 수 있고, 이를 해결하기 위해 송신단과 수신단에 복잡한 디코딩(decoding), 필터링(filtering)과 검출 알고리즘(detection algorithm)을 사용하게 되고, 결과적으로 데이터 레이트의 증가는 그만큼 줄어들게 된다. 따라서, 상호 독립적인 채널이 형성되어 각각의 채널이 겹치지 않고 상호 간섭이 없도록 할 수 있거나, 상호 독립적인 채널을 유동적인 페이딩 환경에서 적응적으로 제어할 수 있다면, 수신 디바이스는 간단하게 구성되고 용량 향상 효과는 극대화되는 등 MIMO 기술의 효과를 높일 수 있다.
이를 위해, 도 5에 도시된 송신 디바이스 및 수신 디바이스의 복수개의 안테나를 적어도 하나 이상의 안테나 그룹으로 구성할 수 있다. 안테나 그룹에 대해서는 다시 후술하도록 한다.
이와 같은 MIMO 시스템에는 같은 주파수, 같은 공간, 같은 시간을 사용하면 다중 안테나를 통해 동시에 서로 다른 신호를 전송함으로써, 신호 전송 능력을 증대시킬 수 있는 다중입력 다중출력 공간 다중화(MIMO Spatial Multiplexing: MIMO SM) 방식이 있다. 공간 다중화(SM) MIMO 방식은 각 안테나 사이의 상관도가 낮기 때문에, 시간 및 주파수에서 뒤섞인 서로 다른 데이터를 안정적으로 디코딩하여, 무선구간에서 수신 SNR은 일정값 이상이면서 다중 경로수가 높은 최적의 성능을 나타낼 수 있다.
한편, SM MIMO 시스템은 피드백 정보의 전송 여부애 따라 크게 개루프 MIMO와 폐루프 MIMO로 구분할 수 있다.
개루프 SM MIMO의 경우, 수신 디바이스로부터 피드백 정보가 전송될 필요가 없기 때문에 간단한 구조를 가질 수 있으나, 송신 디바이스 입장에서는 주어진 무선 채널의 채널 특성 행렬에 의해 시스템 용량 및 동작이 제한된다. 개루프 SM MIMO에서는 송신 디바이스에서 무선 채널의 실질적인 값들은 정확히 알지 못하는 상태에서 현재 무선 채널이 SM MIMO방식이 가능한 채널로 예상되면, 송신 디바이스의 다수개의 안테나에 서로 다른 데이터를 실어 높은 전송속도로 전송한다. 현재 무선 채널이 SM MIMO방식을 따르기에 부적합하다고 판단되는 경우에는 다수개의 안테나를 다이버시티 용도로 사용하여 신뢰성을 높이는 전송을 수행한다.
반면, 폐루프 SM MIMO의 경우, 송신 디바이스에서 전송한 신호들에 대하여 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 수신하여 현재 사용하는 무선 채널에 대한 보다 정확한 정보를 획득하고, 이를 토대로 최적의 성능을 가질 수 있다. 송신 디바이스가 수신 디바이스로 신호를 전송하면서 피드백 정보의 전송을 요청하는 경우, 수신측은 데이터 스트림 수, 채널품질정보(CQI : Channel Quality Information)를 포함하는 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송할 수 있다. 상기 피드백 정보를 수신한 송신 디바이스는 이를 토대로 다수개의 안테나를 하나 이상의 그룹에 배당하는 안테나 그룹핑(antenna grouping), 다수개의 안테나 또는 안테나 그룹 중 사용 가능 안테나 선택, 프리코딩(precoding) 중 어느 하나를 수행할 수 있다. 안테나 그룹핑 및 안테나 선택도 간단한 형태의 프리코딩으로 볼 수 있다.
일반적인 MIMO 시스템에서는 동일 시간 및 동일 주파수대역에서 서로 다른 안테나로 서로 다른 신호를 전송하기 때문에, 다양한 신호들이 뒤섞이는 경우 수신이 어렵게 된다. 따라서, 송신 디바이스에서는 전송하려는 비트 스트림에 대하여 프리코딩을 수행한다. 프리코딩 행렬(W)에 따라 MIMO 성능이 달라질 수 있는데, 송신 디바이스는 수신 디바이스로부터 전송받은 전송률 또는 스트림 개수에 관한 정보에 따라 소정의 프리코딩 행렬(W)을 선택할 수 있다.
이때, 송신측은 최적의 프리코딩 행렬을 선택하기 위해 채널 행렬(H)를 특이값 분해(Singular Value Decomposltion: SVD)방식에 의해 분해하여 프리코딩 행렬(W)을 구할 수 있다. 특이값 분해(SVD)란 행렬을 특정한 구조로 분해하는 방식으로, 행렬의 스펙트럼 이론을 임의의 직사각행렬에 대해 일반화한 것이다. 즉, SVD방식은, 직교 정사각형을 고유값(eigenvalue)을 기저로 하여 대각행렬로 분해할 수 있는 방식이다. 상술한 SVD 방식을 통해 얻은 프리코딩 행렬을 적용하여 프리코딩 과정을 수행하는 SM MIMO 시스템을 SVD 방식의 SM MIMO라고 정의할 수 있다.
SVD 방식의 SM MIMO 시스템은 많은 수의 송신 안테나 및 수신 안테나를 사용하고 데이터를 전송시 다수개의 안테나를 통해 다수개의 데이터 스트림을 전송하는데 유용하다. 즉, 송신 다비이스가 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 전송받아, 이를 기초하여 채널 행렬 H를 분해하여 얻은 고유벡터로 프리코딩 행렬을 구하게 되면, 전송하려는 신호에 대해 SVD 방식의 프리코딩을 수행하는 경우 MIMO 채널이 서로 독립적인 채널로 분리될 수 있다.
다만, SVD 방식의 SM MIMO 방식은 송신측이 채널 상관 행렬과 같은 채널 정보를 알아야 하기 떼문에 수신측으로부터 피드백 정보를 주기적으로 전송받아야 한다. 또한, 많은 수의 안테나를 사용하는 MIMO시스템으로, 안테나 개수에 따라 프리코딩 행렬의 차원이 증감하기 때문에, 안테나 수가 증가할수록 프리코딩 연산과정이 복잡해져, 결과적으로 시스템 구현도 복잡해진다.
예를 들어, SVD 방식의 SM MIMO 시스템이 송신 디바이스가 M개의 안테나 그룹으로 구성되고 수신 디바이스가 N개의 안테나 그룹으로 구성되며 각 안테나 그룹에는 n개의 안테나가 포함되어 있다고 가정한다. 이와 같이, M×n의 송신안테나 및 N×n의 수신 안테나로 구성되는 경우, 만약 M=N=8, n=4가 되면 M×n 및 N×n은 32로 송신안테나 및 수신 안테나 수는 매우 큰 값을 갖게 된다. MIMO 시스템에서는 가용 서브 채널 최대치를 산출하기 위해 채널 행렬 H, SVD 방식의 공간 인코더(SVD Spatial Encoder) 행렬 V, SVD 방식의 공간 디코더(Spatial Decoder) 행렬 U를 측정하여야 한다. H 행렬은 (N×n)x(M×n) 차원을 갖고, V 행렬은 (M×n)×K(여기서, K=min{M×n,N×n}) 차원을 갖고, U행렬은 (N×n)×K 차원을 갖으므로, 송신 안테나 수 및 수신 안테나 수를 그대로 신호처리과정을 위한 연산과정에 이용하는 경우 수행과정이 매우 복잡해진다. 이하 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예와 관련된 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 송신 디바이스는 SVD 공간 인코더(SVD Spatial Encoder, 60) 및 M개의 송신 안테나 그룹으로 구성되고, 수신 디바이스는 SVD 공간 디코더(SVD Spatial Decoder, 61) 및 N개의 수신 안테나 그룹으로 구성된다.
신호를 전송하기 이전에 앞서 SVD 공간 인코더(60)는 송출되는 신호가 채널을 통해 전송되면서 상기 채널이 다수개의 비상관(uncorrelation)하는 직교 서브 채널로 구성되도록 각 비트 스트림에 코딩과정을 수행한다. 이와 같은 코딩 과정을 프리코딩이라고도 한다. 프리코딩을 수행하는 프리코더는 상기 SVD 공간 인코더(60)에 포함되거나 별도로 구성될 수 있다. 상기 수신 디바이스의 SVD 공간 디코더(61)는 수신 안테나로부터 전송된 신호를 비상관된 서브 채널 개수에 따른 상호 독립적인 스트림 신호로 분할하기 위한 디코딩을 수행한다.
수학식 1은 특이값 분해방식에 따른 SVD 채널행렬 H에 관한 것이다.
[수학식 1]
수학식 1에서, ∧=diag{λ1,λ2,...,λK,}은 행렬 HHH 또는 HHH의 고유값 λi로 구성된 대각행렬을 나타낸다. 행렬 U=(U1,U2,...,UK)는 행렬 HHH의 고유벡터를 구성하고, 행렬 V=(V1,V2,...,VK)는 행렬 HHH의 고유벡터를 구성하고, K는 채널 행렬 H의 랭크 수를 나타낸다.
송신 디바이스에서 각각의 입력 심볼들인 d1,d2,...,dK은 K 차원의 D=(d1,d2,...,dK)T 로 공간 심볼로 구현될 수 있다. 각 입력 심볼들로 구성된 데이터 스트림은 공간 인코더(60)에서 가중치 계수에 의해 멀티플렉싱되어 공간적으로 코딩될 수 있다.
상기 공간 인코더(60)에서 출력되는 신호에 대한 M차원의 벡터 G=(g1,g2,...,gM)T는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
수학식 2에서, P=diag{p1,p2,...,pM}T는 pi 의 대각행렬로, 병렬구조의 서브 채널 상이의 전력분배(Po)를 특징으로 한다. 상기 Po는 P 행렬를 구성하는 값의 합이다. 코딩된 신호는 송신 디바이스의 M개의 안테나 그룹에 의해 수신 디바이스로 전송된다.
수신 디바이스에서는 N개의 안테나 그룹을 통해 수신한 신호를 공간 디코더(61)에서 디코딩한다. 수신된 심볼이 X=(x1,x2,...,xN)T 이라 할 때, 공간 디코더(61)의 행렬 UH에 의해 디코딩 변환되면 Y=(y1,y2,...,yN)T으로 출력될 수 있다. 채널을 통해 수신 디바이스가 수신한 신호에 관한 벡터 X는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
수학식 3에서 P1/2D는 송신 디바이스로부터 수신 디바이스로 전송되는 데이터를 나타내고, Z는 수신 디바이스가 상기 데이터를 수신하는 과정에서 발생되는 노이즈를 나타낸다.
SVD 공간 디코더(61)의 디코딩 행렬을 UH 라 하면 디코딩된 출력 신호 Y는 Y=UHX로 정의될 수 있는데, 상기 수학식 3을 대입하면 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 4]
수학식 4에서,
는 수신 신호에 섞여있던 노이즈(Z)가 디코딩된 상태를 나타내는 것으로
이 된다.
상기 수학식 4에 상기 수학식 1의 채널 행렬 H값을 대입하면, 공간 디코더(61)의 출력 신호는 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
상기 수학식 5는
와 같이 나타낼 수도 있다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 MIMO 시스템에서 사용하는 하나 이상의 서브 채널은 상호 연관성이 없는 독립된 채널들이기 때문에, 서브 채널을 통한 전송과정에서 발생하는 노이즈 역시 서브 채널의 개수만큼 발생하며 비연관되는 특성을 갖는다. 노이즈 형태는 다양하게 발생할 수 있고, 그 일 예로 부가적인 백색 가우시간 잡음(Additive White Gaussian Noise: AWGN)을 들 수 있다. 실질적으로 노이즈에 대해서는 상기 공간 디코더(61)에서 변환되기 이전의 Z와 변환된
와 통계적 수치는 동일 또는 유사하다.
그러므로, 서로 병행하며 연관되지 않는 서브 채널들은 직교위상으로 분리된 서브 채널들이고, 독립적인 심볼 전송에 이용될 수 있다. 이러한 의미에서 상기 서브 채널은 고유채널(eigenchannel)과 동일 또는 유사한 의미를 나타낼 수 있다.
그러므로, SVD 방식의 SM MIMO 시스템은 K개의 독립적인 싱글 채널 시스템으로서 K개의 독립된 서브 채널을 사용하게 된다. 상기 서브 채널 이득 계수는 채널 행렬 H의 고유값에 의해 결정된다. 채널 행렬 H는 송신 안테나 그룹 개수(M), 수신 안테나 그룹 개수(N) 및 각 안테나 그룹을 구성하는 n개의 안테나에 따라 (N×n)×(M×n)차원이 된다. 따라서, 안테나 그룹 수 또는 사용하는 서브 채널 개수가 많아질수록 채널 행렬의 차원도 증가하고, 상기 수학식에 따른 코딩, 디코딩 과정이 복잡해진다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템에서는 데이터 전송시 서브 채널 중 소정 개수의 서브 채널만을 사용하도록 제한한다. 또한, 신호대잡음비를 최대화하기 위하여 특정 대상에 대한 지향성 신호, 즉 빔(beam)을 이용할 수 있다.
빔 포밍(beam forming)은 스마트 안테나의 한 방식으로 효율성을 높이기 위해 다수의 안테나를 이용하여 특정 대상에 지향성 신호를 전송하는 것을 의미한다. 다수의 안테나가 송신 디바이스 및 수신 디바이스 모두에 구현한 MIMO의 일 예로, SM MIMO 시스템에서 WVAN 디바이스는 다른 디바이스로 HRP 채널을 통해 빔포밍하며 신호를 전송할 수 있다. 즉, 빔포밍을 통해 SM HRP 데이터 패킷을 전송할 수 있다.
SM MIMO 시스템에서 디바이스에 포함되는 다수의 안테나는 하나 이상의 빔포밍 안테나(beam-forming) 그룹으로 구분될 수 있다.
빔포밍 안테나 그룹은 지향성 신호 즉, 빔(beam)을 형성하기 위한 하나 이상의 안테나를 포함하는 안테나 어레이(antenna array)를 나타내는 것이다. 이하, 특정 빔을 형성하는 안테나 어레이를 빔포밍 안테나 그룹으로 정의한다. 빔포밍 안테나 그룹은 빔패턴을 형성하는 빔포머(Beamformer) 또는 안테나 포트(port)와 동일한 의미를 가질 수 있다.
빔포밍 안테나 그룹은 하나의 안테나 그룹에 포함되는 안테나 수 및 배열 형태에 따라 크게 분할형 빔포밍 안테나 그룹(split beam-forming antenna group)과 공유형 빔포밍 안테나 그룹(shared beam-forming antenna group)으로 구분할 수 있다. 이하, 안테나 그룹 방식에 따른 MIMO 시스템에 관하여 도 7 및 도 8을 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록도이다. 구체적으로는 HRP 빔포밍을 수행하기 위해 분할형 안테나 그룹을 구비한 디바이스의 일예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 송신 디바이스는 전송하려는 데이터를 다수개의 비트 스트림으로 분할하기 위한 인코딩을 수행하는 MIMO 인코더(70), 신호 전송의 편의를 위해 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 디지털-아날로그 변환회로부(72) 및 다수개의 빔포밍 안테나 그룹(74)이 구성될 수 있다. 수신 디바이스 역시 다수개의 빔포밍 안테나 그룹(75), 아날로그-디지털 변환회로부(73) 및 MIMO 디코더(71)를 포함한다.
상기 빔포밍 안테나 그룹(74, 75)은 분할형 빔포밍 안테나 그룹으로 각 안테나 그룹에 동일한 수로 분할된 연속된 안테나 열을 포함한다. 분할형 빔포밍 안테나 그룹은 각 그룹마다 동일한 개수의 연속 안테나 열로 고정하여 구성됨으로써 구현이 용이하다. 또한, 다수개의 송신부로부터 전달된 전송 신호를 하나의 안테나 그룹을 통해 전송하므로, 신호처리과정이 간단하고, 전송전력을 집중화시킬 수 있다는 특징이 있다. 대신, 채널 상태에 따라 각 안테나 그룹에 포함된 안테나를 변경하거나 사용하고 있던 안테나 그룹을 변경하는 등의 적응적 조정이 어렵다. 따라서, 분할형 빔포밍 안테나 그룹은 비적응적(non-adaptive) 안테나 그룹으로 불리기도 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 다수의 안테나 그룹을 구비하는 디바이스의 다른 예를 나타내는 블록도이다. 구체적으로는 HRP 빔포밍을 수행하기 위해 공유형 안테나 그룹을 구비한 디바이스의 일예를 나타낸다.
상기 빔포밍 안테나 그룹(76,77)은 분할형 안테나 그룹으로, 각 안테나 그룹 별로 다른 개수의 안테나가 포함될 수 있고, 임의의 분산된 안테나를 포함하여 그룹을 구성할 수도 있다. 공유형 빔포밍 안테나 그룹은 각 안테나 그룹을 구성하는 안테나의 개수를 채널 조건에 따라 적응적으로 조절하여 전송 용량을 최대화할 수 있는 조합으로 재구성할 수 있다. 따라서, 공유형 빔포밍 안테나 그룹은 적응적(adaptive) 안테나 그룹으로 불리기도 한다.
MIMO 시스템에서는, 하나 이상 구성된 빔포밍 안테나 그룹 중 적어도 하나의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하여 데이터 패킷을 전송할 수 있다. 그리고, 다수의 빔 포밍 안테나 그룹을 선택하여 각 빔포밍 안테나 그룹에 포함되는 안테나를 통해 데이터 패킷을 전송할 수도 있다.
이때 상술한 바와 같이 각 빔포밍 안테나 그룹을 통해 송신되는 신호는 지향성을 갖는 신호이고 각 빔포밍 안테나 그룹을 통해 송신되는 신호 간에는 그 간섭이 최소화됨이 바람직하다. 즉, 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 각 빔포밍 안테나 그룹을 구성하는 안테나 어레이를 통해 신호를 송신하되, 서로 다른 위상(phase), 예를 들어 직교(orthogonal) 위상을 갖는 안테나 어레이를 통해 신호를 송신하는 것으로 설명할 수도 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템은 도 6에서 설명한 SVD 방식의 SM MIMO 시스템이 도 7에서 설명한 비적응형 빔포밍 안테나 그룹을 포함하는 경우의 일 예이다,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템에서 HRP를 통한 빔포밍을 수행하는 디바이스의 일 예를 나타내는 블록구성도이다.
도 9를 참조하면, SVD 방식의 SM MIMO 시스템을 구성하는 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 지향성 신호를 송수신하기 위한 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 포함한다. 그리고, 최소한의 서브 채널을 사용하여 신호를 전송하도록 구현하는데, 예를 들어 2개의 서브 채널을 사용하도록 구현할 수 있다.
도 9를 참조하면, 송신 디바이스에서 전송하고자 하는 데이터는 RS 코더(80)에서 코딩을 거치고, 에러 정정 코드를 부가하는 컨볼루션 인코더 및 펑처링부(Convolution Coder＆Puncturing, 81)을 거쳐 공간 분할부(Spatial Demux, 82)로 전달된다. 공간 분할부(82)는 입력되는 하나의 데이터 블록을 각각의 변조 코딩 방식(Modulation Coding Scheme: MCS)에 따라 분할하는 동작을 수행한다. 이때, 사용하고자 하는 서브 채널 수에 따라 데이터 블록을 비트 스트림으로 분할할 수 있다. 상기 실시예에서처럼 최소 2개의 서브 채널을 사용하는 경우, 상기 공간 분할부(82)에서 데이터 블록은 2개의 비트 스트림으로 분할되고 각 비트 스트림에 독립적인 신호처리과정이 수행되도록 한다. 분할된 비트 스트림은 인접한 비트들을 균일하게 펼치는 비트 인터리버(Bit Interlever, 83), QAM(quadrature amplitude modulation)으로 부호화되는 변조부(84) 및 음성 신호를 처리하는 음성 인터리버(Tone Interlever, 85)를 거친다.
상기 신호처리과정을 거친 비트 스트림은 특이값 분해(SVD) 공간 인코더(SVD Spatial encoder, 86)로 입력된다. 상기 실시예에서 상기 SVD 공간 인코더(86)는 상기 송신 디바이스에서 송출되는 다수개의 비트 스트림을 다수개의 채널을 통해 전송되는 경우, 각 비트 스트림의 위상을 구별되도록 하기 위해 각 비트 스트림에 기 설정된 채널 행렬을 연산하는 방식으로 코딩을 수행한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 SVD 공간 인코더에서 송신 안테나를 통해 송출되는 데이터가 채널을 거치면서 서로 직교한 서브 채널을 형성하도록 코딩수행하고, 이를 위해 SVD 공간 인코딩 행렬은 V=(V1,V1)로 구성한다.
다음으로, 프로젝션 공간분할 다중 접속(Spatlal Division Multiplexing Access: SDMA, 87)에서 총 M개의 비트 스트림에 대한 상기 한 쌍의 송신 디바이스 및 수신 디바이스에서 송수신하는 신호와 다른 디바이스와의 신호 간섭을 최소화하기 위한 코딩을 수행한다. 코딩과정을 거친 비트 시트림은 변환부(IFFF, 88)에서 고속 주리에 역변환(Inverse Fast Fourier Transform)을 거치게 되고, 빔포머(beamformor) 어레이를 통해 수신 디바이스로 전송된다. 상기 빔포머 어레이는 M개의 빔포머로 구성되며, 하나의 빔포머는 n개의 안테나를 포함하는 빔포밍 안테나 그룹이다.
도 9를 참조하면, 수신 디바이스 역시 MIMO 시스템에서 신호를 수신하기 위해 상술한 송신 디바이스와 비슷한 구조로 이루어진다. 먼저, n개의 안테나로 구성하는 총 M개의 빔포머 어레이(90)를 통해 송신 디바이스가 송출한 신호를 수신한다. 수신 신호는 수신 변환부(FFT, 91)에서 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform)을 거치게 되고, SVD 공간 디코더(Spatial Decoder, 92)로 입력된다. 상기 SVD 공간 디코더(92)에서는 송신 디바이스로부터 전송된 수신 신호에서 상호 독립된 2개의 비트 스트림 신호를 산출하는 디코딩 동작을 수행한다.
상기 SVD 공간 디코더(92)에서 2개로 분리된 스트림 신호는 음성 디인터리버(Tone Deinterleaver, 93), QAM 방식의 복조기(Demodulator, 94) 및 비트 디인터리비(Bit Deinterleaver, 95)를 거치면서 신호 처리 과정이 독립적으로 수행된다. 처리된 2개의 비트 스트림은 전송에 용이하도록 공간 혼합기(Spatial Mux, 96)에서 하나의 데이터 스트림으로 형성된다.
이와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 시스템에서 상기 SVD 공간 인코더(86) 및 SVD 공간 더코더(92)에서 수행되는 코딩 또는 디코딩 과정을 이하 후술되는 방식으로 단순화시킬 수 있다.
2개의 서브 채널 개수에 따라 상기 SVD 공간 인코더(86)의 행렬 V는 V=(V1,V2)로 2개의 HHH 고유벡터를 통해 구성할 수 있고, 상기 SVD 공간 디코더(92)의 행렬 U는 U=(U1,U2)로 마찬가지로 2개의 HHH 고유벡터를 통해 구성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 빔포밍 안테나 그룹을 구비한 SVD 방식의 SM MIMO 시스템에서, 공간 인코더(86)에서 수행되는 코딩을 위한 공간 인코딩 행렬(V)의 차원은 빔포밍 안테나 그룹의 개수 및 사용하는 서브 채널 개수에 따라 M×2로 구성된다. 이는, 종래의 SM MIMO 시스템에서 각 빔포밍 안테나 그룹을 구성하는 안테나 개수(n)에 따라 인코딩 행렬의 차원이 M×n으로 구성되는 것보다 간단화시킬 수 있다.
한편, 상기 도 9에서 공간 인코더(86)는 MIMO 시스템에서 프리코더 역할을 수행한다. 프리코더에도 프리코딩을 위한 행렬(W)이 존재하는데, 데이터 블록을 다수개의 데이터 스트림으로 분할하기 위하여 데이터 스트림 개수만큼의 행렬차원이 필요하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 MIMO 시스템에서 사용할 수 있는 프리코더의 프리코딩 행렬(W)은 안테나 포트 수(P)×데이터 스트림 수(υ) 차원을 갖는다. 따라서, 종래 안테나 개수에 대응하던 프리코딩 행렬을 안테나 포트 수만큼 단순화시킬 수 있다.
이하, SM MIMO 시스템에서의 프리코더에서 수행되는 프리코딩에 대하여 간략하게 설명하도록 한다.
일반적으로, 프리코더에 입력되는 데이터 스트림을 xi라 하고, 프리코딩 수행후의 출력 스트림을 yi라 하면, 수학식 6과 같은 관계가 성립된다.
[수학식 6]
상기 수학식 6은 순환 이동 다이버시티(Cyclic Shift Diversity: CSD)가 없는 경우로, i는 부반송파 인덱스를 나타내고, P는 공간 멀티플렉싱 안테나 그룹 번호를 나타내고, υ는 데이터 스트림의 번호를 나타낸다.
CSD에 의해 주파수 도메인에서 지연이 발생하는 경우, 수학식 7과 같은 프리코딩 이 수행된다.
[수학식 7]
상기 수학식 2에서 C(i)는 대각행렬로 순환 이동 다이버시티에 따라 프리코딩과정에서 부가되는 것이다.
상기 수학식 6 및 수학식 7에서 프리코딩 행렬(W)의 랭크 크기는 안테나 그룹 수(P)×데이터 스트림 수(υ)로 종래 안테나 수만큼 프리코딩 행렬 크기가 결정되는 것이 비하여 간단해진다.
SM MIMO에서 프리코딩 행렬(W)을 구성하는 각각의 원소들은 수학식 8과 같은 표현될 수 있다. 수학식 3은, 프리코딩 행렬(W)이 회전 각도 그룹에 의해 P×υ차원의 단위 행렬로 표현되는 것을 나타낸다.
[수학식 8]
수학식 8에서, D는 대각행렬로 수학식 4와 같다.
[수학식 9]
수학식 9에서, Ii-1은 (i-1)×(i-1)차원의 단위 서브 행렬(Identity matrix)이다.
그리고, 수학식 8에서,
는 P×P차원의 회전 행렬로 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 10]
수학식 10에서, 각각의 Im은 m×m 차원의 단위 행렬이다.
그리고, 수학식 8에서
행렬은 프리코딩 행렬의 차원이 P≠υ 일때 정방행렬로 구성하도록 0으로 구성된 열 또는 행을 부가하기 위한 단위 행렬을 나타낸다.
상기 수학식 3으로 정의되는 프리코딩 행렬을 구성하기 위해 수신 디바이스로부터 피드백 정보를 받는 경우 피드백 각도는 표 1과 같이 정렬될 수 있다.
[표 1]
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템을 서로 독립적인 2개의 서브 채널을 사용하도록 구현하는 경우, 피드백을 위한 빔 패턴은 2차원적으로 구현될 수 있으며, 필요한 각도도 Φ11,Ψ21으로 최소 2가지 형태로 구성할 수 있다.
각도 Φ는 예를 들어 6비트의 양자화된 수식으로 나타낼 수 있으며, 수학식 11과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 11]
여기서, k는 데이터 스트림의 넘버를 나타내며, k=0,1,...,63이다. 그리고, 각도 Ψ는 4비트의 양자화된 수식으로 나타낼 수 있으며, 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 12]
마찬가지로, k는 데이터 스트림의 넘버이며, k=0,1,...,15이다.
송신 디바이스가 채널 행렬 H에 대한 정보를 갖고 있고, SVD 공간 인코더(86)로 K개의 병렬된 비트 스트림으로 분할된 입력 심볼이 전송되면, 상기 비트 스트림의 수는 채널 행렬 H의 랭크 수에 따라 달라지는데, 송신 디바이스 또는 수신 디바이스의 안테나 그룹 개수의 최소값을 넘지 않는다(여기서, K≤min{M,N}).
다시 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스들은 적어도 하나 이상의 빔포머(89, 90)을 이용하여 빔포밍 기술을 사용한다. 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹에 포함되는 안테나를 통해 지향성 신호를 사용하여 데이터 패킷을 전송하기 위한 빔 패턴에 관하여 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명하도록 한다.
도 10에 도시된 송신 디바이스 및 수신 디바이스의 빔포머(89, 90)는 각각 4개의 반파(half-wavelength) 진동자로 구성될 수 있으며, 상기 빔포머에서의 빔포밍 패턴은 방사형으로 형성될 수 있다. 이하 도 10을 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 시스템의 빔포머에서의 빔포밍 패턴의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔포머가 xyz 3차원상에서 z축을 따라 전파를 지향하는 일 예를 나타내고, 이때의 빔 패턴 진행 방향은 수학식 13과 같이 수식으로 표현할 수 있다.
[수학식 13]
그리고, 수학식 13에 따른 빔 패턴을 평면적으로 도시한 것이 도 10의 (b)이다.
상기 빔포머(89, 90)의 진동자가 0.25λ의 거리로 금속 반사판의 일면에 위치한다고 가정하면, 금속면은 y축 값이 0이 된다. 그러면, 이때 진동자를 통한 빔 패턴은 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
수학식 14에서
은 빔 패턴이 금속 반사면의 영향에 받는 것을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서 형성되는 빔 패턴의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 11의 (a)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 z축과 이루는 위상의 크기가 90˚를 유지하는 상태로 수평면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로, 안테나 방사 각도의 폭(beamwidth)은 120˚가 된다. 도 11의 (b)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 x축과 이루는 위상이 90˚를 유지하는 상태로 수직면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로 안테나 방사 각도의 폭(beamwldth)은 72˚가 된다.
다시 도 10을 참조하면, 하나의 빔포머를 형성하는데 예를 들어 4개의 진동자 어레이가 이용된다고 하면, 각 진동자가 동등한 진폭 및 위상을 갖는다고 가정할 수 있다. 이 경우. 제1 진동자의 중심은 (x1=-0.25λ, y1=0.25λ, z1=-0.25λ)좌표상에 위치하고, 제2 진동자의 중심은 (x2=-0.25λ, y2=0.25λ, z2=0.25λ)의 좌표상에 위치하고, 제3 진동자의 중심은 (x3=0.25λ, y3=0.25λ, z3=-0.25λ)의 좌표상에 위치하고, 제4 진동자의 중심은 (x4=0.25λ, y4=0.25λ, z4=0.25λ)의 좌표상에 위치할 수 있다. 그러면, 상기 4개의 진동자를 통해 발생되는 빔패턴이 합성된 형태는 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
수학식 15에서
은 수평면상에서 진동자 어레이 요소이고,
는 수직면상에서의 진동자 어레이 요소를 나타낸다.
수평면 및 수직면상에서 4개의 진동자를 합한 진동자 어레이 패턴은 도 12에 도시되어 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스의 빔포머에서발생되는 빔 패턴의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 12의 (a)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 z축과 이루는 위상의 크기가 90˚ 를 유지하는 상태로 수평면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로, 안테나 방사 각도의 폭(beamwidth)은 60˚ 가 된다. 도 12의 (b)는 도 10의 (a)에서 빔 패턴이 x축과 이루는 위상이 90˚ 를 유지하는 상태로 수직면상에서 빔 패턴을 도시한 것으로 안테나 방사 각도의 폭(beamWidth)은 47˚ 가 된다.
상기 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스의 빔 포머에서 발생되는 빔 패턴에 따라 신호를 송수신할 수 있도록 구성하면, 서브채널 수를 최소 2개로 줄이면서도 최대 신호대잡음비를 확보할 수 있다.
도 9에 도시된 것과 같이 다수의 빔포밍 안테나 그룹을 구성하고 있는 SM MIMO 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 빔 포밍을 사용하기 이전에 먼저 빔 서칭 과정(Beam Searching Process)을 수행하여야 한다. 빔 서칭이란 디바이스간 신호 송수신시 사용할 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하기 위한 과정을 의미한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 빔 서칭 과정을 수행하기 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다. 빔 서칭은 반드시 통신 초기에 수행되어야 하는 것은 아니며, 통신 중 필요에 따라 수행될 수 있다. 또한, 빔 서칭은 HRP 채널 및 빔포밍 LRP 채널에서의 빔 서칭을 포함한다.
도 13을 참조하면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 각 안테나 그룹을 통해 훈련 신호(training signal)를 수신 디바이스로 전송한다(S10). 수신 디바이스에서는 전송받은 훈련 신호를 통해 채널 추정 및 신호 검출을 수행한다(S11). 채널 추정은, 도 9에 도시된 실시예의 경우, M개의 빔포머를 구비한 송신 디바이스와 N개의 빔포머를 구비한 수신 디바이스로 구성되는 (M×N×n) SM MIMO 시스템에서 M×N 채널 계수 hmn으로 구성되는 채널 행렬 H를 추정해야 한다. 수신 디바이스는 상기 채널 추정 및 신호 검출 결과에 따른 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송한다(S12).
이때, 송신 디바이스의 다수의 빔포밍 안테나 그룹에서 전송되는 훈련신호들은 도 10에 도시된 것처럼 순차적으로 전송되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 빔포밍 안테나 그룹을 통해 제1 훈련 신호를 전송한 후에 제2 빔포밍 안테나 그룹을 통해 제2 훈련 신호를 전송하고, 이후 빔포밍 안테나 그룹들에서도 순차적으로 훈련신호를 전송하는 것이다. 또한, 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹마다 소정의 시간간격을 두고 전송할 수도 있다. 그리고, 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 피드백 정보를 전송하는 단계들도 송신 디바이스로부터 전송되는 훈련신호에 따라 순차적으로 수행되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 훈련신호 및 그에 따른 피드백 정보는 다수의 빔포밍 안테나 그룹 각각에 대한 성능 검출을 위해 반복될 수 있으며, 동시에 채널 행렬(H)의 랭크를 측정할 수 있도록 수회 반복될 수 있다(S13, S14, S15).
이와 같은 과정의 반복된 후에 송신 디바이스는 상기 피드백 정보를 통해 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹을 결정한다(S16). 송신 디바이스는 상기 검출 결과에 기초하여 소정 기준치 이상의 성능을 보이는 빔포밍 안테나 그룹 중 최적의 안테나 그룹을 선택할 수 있다.
또한, 수신 디바이스가 전송하는 피드백 정보에는 단계 S11 또는 S14에서 신호검출 결과로 수신한 신호의 세기 정보를 포함할 수도 있다. 따라서, 송신 디바이스는 사용할 빔포밍 안테나 그룹을 선택할 뿐만 아니라 선택된 빔포밍 안테나 그룹에 대해 적용할 안테나 어레이 가중치 벡터(Antenna array Weight vector: AWV)도 결정할 수 있다.
AWV는 빔포밍을 수행하는 송신 디바이스 및 수신 디바이스 간 수신 세기 정보에 기초하여 결정한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수신 디바이스는 상기 단계 S11 또는 S14에서 신호 검출시 상기 AWV 정보를 산출하여 피드백 정보에 포함시켜 송신 디바이스에 전송할 수 있다. 또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스에서 피드백 정보에 포함된 수신신호 세기 정보를 토대로 안테나 그룹 결정 단계(S16)에서 결정할 수도 있다. 그리고, 결정된 빔포밍 안테나 그룹에 대한 정보를 수신 디바이스로 전송하고 해당 안테나 그룹을 사용하여 디바이스간 통신을 수행한다(S17).
한편, 도 13에 도시된 것과 달리 수신 디바이스가 송신 디바이스로 피드백 정보를 전송하는 단계 S12 또는 제 15 단계에서, 사용가능한 빔포밍 안테나 그룹 또는 안테나를 지시하는 정보를 직접 전송할 수도 있다. 예를 들어, 수신 디바이스가 신홈 검출을 통해 최적의 빔포밍 안테나 그룹를 선택한 경우, 해당 빔포밍 안테나 그룹에 할당된 인덱스 정보 등을 송신 디바이스에게 직접 알려줄 수 있다. 이와 같이, 수신 디바이스가 직접 빔포밍 안테나 그룹를 지시하는 정보를 전송하는 경우, 훈련신호와 그에 따른 피드백정보의 전송횟수를 줄일 수 있고, 피드백 정보량 역시 줄일 수 있다.
이때, 송신 디바이스가 전송하는 훈련 신호는 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 공유하는 소정의 기 설정된 훈련 시퀀스에 따른 신호로서, 경우에 따라서 송신 디바이스에 대한 식별 정보를 포함할 수 있다.
훈련 시퀀스에 사용할 수 있는 시퀀스로는, 직교 코드 시퀀스, PN(Pseudo Noise) 시퀀스, 하다마드 코드(Hadamard Code) 시퀀스, CAZAC 시퀀스 등을 들 수 있다. 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 포멧의 일 예는 도 14 및 도 15를 참조하여 설명하도록 한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 신호는 도 14에 도시된 데이터 패킷의 형태로 전송되며, 이하 설명에서는 훈련 신호 데이터 패킷의 일 예로 설명하도록 한다.
도 14를 참조하면, SM MIMO 시스템에서 디바이스간 전송하는 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 패킷은 HRPDU(High-Rate Protocol Data Unit) 패킷 포멧으로 전송할 수 있다. HRPDU 패킷의 일 예는, 고속 레이트 물리계층(HRP) 프리엠블(100), 고속 레이트 물리계층(HRP) 헤더(101), 매체 접근 제어(MAC) 헤더(102), 헤더 체크 시퀀스(HCS, 103), 적어도 하나 이상의 서브 패킷으로 구성된 패킷 바디(104) 및 빔 트래킹(beam tracking)을 위해 할당되는 영역(105)을 포함한다.
SM MIMO 시스템에서 사용하는 HRPDU 형태의 훈련 신호 패킷은 HRP 프리엠블(100)에 일반적으로 할당하던 8 개의 심볼이 아닌 14 개의 HRP 프리엠블 심볼이 할당된다.
먼저, 1∼4의 처음 4개의 HRP 프리엠블 심볼은 시간 도메인 프리엠블로, 1.5배 재샘플링된 m 시퀀스로부터 유도된다. m 시퀀스는 수학식 16에서와 같이 8차 다항식으로 생성된다.
[수학식 16]
시간 도메인 프리엠블은 5번 반복된 m 시퀀스로 구성된 하나의 시퀀스를 재샘플링하는 것에 의해 4개의 OFDM 심볼에 대응하는 시간 간격의 크기를 차지하며, 부호 전환된 m 시퀀스가 따르며, 나머지 공간은 0으로 채워진다.
다음, 5∼14의 심볼은 주파수 도메인 심볼로, 시간 도메인 샘플로 변환되기 전에 5,6,7,8,11 심볼은 +1의 값이 곱해지는 반면, 9,10,13,14 심볼은 -1의 값이 곱해진다. 상기 시간 도메인 샘플들은 해당하는 주파수 도메인 값의 512 IFFT 변환 과정을 거쳐 얻어질 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 HRP 헤더(101)는 도 15에 도시된 것처럼 구성될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스가 전송하는 데이터 패킷에 포함되는 HRP 헤더 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호의 HRP 헤더의 포멧도 도 15에 도시된 일 예와 같이 구성된다.
도 15를 참조하면, HRP 헤더(101)는 물리계층 제어영역(PHY control, 1010) 및 적어도 하나 이상의 서브 패킷 헤더로 구성되는 패킷 헤더 바디(1020)를 포함한다. 물리계층 제어 영역(1010)은 빔 트래킹 영역(Beam tracking, 1011), 차등 데이터 보호(Unequal Error Protection: UEP) 매핑을 위한 영역(1012), 스크램블링 동작을 수행하는 스크램블러의 초기값(S0,S1,S2,S3)이 할당되는 영역(1013) 및 데이터 스트림이 할당되는 영역(1014)을 포함한다.
상기 빔 트래킹 영역(1011)에 1 비트가 할당되는 경우, 데이터 패킷에 빔 트래킹을 위한 훈련 신호가 부가되는 경우 1로 설정되고, 그렇지 않은 경우에는 0으로 설정된다.
상기 UEP 매핑을 위한 영역(1012)은 1비트가 할당되는 경우, 서브 패킷에서 UEP 모드가 UEP 매핑 모드를 사용하는 경우 1로 설정되며, UEP 코딩 모드를 사용하는 경우애는 0으로 설정될 수 있다.
다만, 상기 빔 트래킹 영역(1011) 및 UEP 매핑을 위한 영역(1012)은 각 영역에 할당되는 비트 수가 증가하면 보다 다양한 정보를 포함할 수 있고, 현재 1비트가 할당되는 경우 상술한 1과 0의 설정 의미가 바뀔 수 있다.
데이터 스트림 영역(1014)은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 다중화를 위해 사용되는 영역으로, 2비트가 할당될 수 있다. 데이터 스트림 영역(1014)은 패킷에 존재하는 데이터 스트림의 개수보다 적은 경우 1로 설정되고, 동일한 비트 값이 공간 스트림 각각의 물리계층 제어 영역(1010)에 특정될 수도 있다. 만약, 공간 멀티플렉싱이 이용되지 않으면, 상기 데이터 스트림 영역(1014)은 0으로 설정될 수 있다. 마찬가지로, 상기 영역에 할당되는 비트 수가 증가하면 보다 다양한 정보를 포함할 수 있고, 현재 1비트가 할당되는 경우 상술한 1과 0의 설정 의미가 바뀔 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 정보를 포함하는 데이터 패킷의 일 예를 도 16 및 도 17을 참조하여 설명하도록 한다. 구체적으로, 도 16 및 도 17에 도시된 피드백 정보는 안테나 어레이 가중치 벡터에 관한 정보를 포함하는 피드백 정보의 일 예를 나타낸다.
빔 포밍은 전방향(omni-directional) 빔 포밍 또는 단일방향(directional) 빔 포밍을 포함하므로, 빔 서칭 과정에서 전송하는 피드백 데이터 패킷은 전방향 및 단일방향으로 구분할 수 있다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면으로, 전방향 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 16을 참조하면, 전방향 빔 서칭 피드백 패킷은 빔 서칭이 수행되는 동안 송신 디바이스의 전송전력의 조정을 요청하는 정보를 포함하는 송신 디바이스 이득 선택 영역(TX gain selection, 110), 유보영역(111), 송신 디바이스의 AWV 피드백 정보를 포함하는 영역(Tx AWV feedback, 112) 및 송신 디바이스의 AWV 인덱스 정보를 포함하는 영역(Tx AWV Index, 113)을 포함한다.
상기 송신 디바이스 이득 선택 영역(110)은 빔 서칭 과정 동안 수신 신호의 세기에 기초하여 송신 디바이스의 전송 전력을 조정함으로써 빔 포밍 이득을 제어하기 위한 지시정보를 포함한다.
상기 송신 AWV 피드백 정보가 포함되는 영역(112)에는 AWV가 각 안테나 그룹에 대응하는 빔 패턴의 위상(phase) 및 진폭(magnitude) 이 합성된 값으로 구성된 가중치 벡터이므로, 그에 관한 정보를 나타내는 시퀀스가 포함된다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 다른 예를 나타내는 도면으로, 단일방향 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 17을 참조하면, 단일방향 빔 서칭에서의 피드백 패킷은 유보영역(120), 송신 디바이스 AWV 피드백 정보를 포함하는 영역(121), 송신 디바이스 AWV 인덱스 정보를 포함하는 영역(122) 및 순환 중복 검사(Cyclic Redundancy Check)를 위한 비트를 포함하는 영역(123)을 포함한다.
상기 훈련 시퀀스를 포함하는 데이터 패킷은 HRP 모드로 전송되고, 상기 피드백 정보는 LRP 모드로 전송될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같은 최적의 빔포밍 안테나 그룹을 선택하기 위한 빔서칭 과정은 WVAN 송신 디바이스의 MAC 계층에서 수행할 것을 결정하기도 하나, WVAN 수신 디바이스에서 현재 사용중인 빔포밍 안테나 그룹을 통한 링크 상태가 좋지 않은 경우 새로운 HRP 또는 빔포밍 LRP 링크로 변경하기 위한 빔서칭 동작을 송신 디바이스에 요청할 수도 있다. 이런 경우, 현재 송신 디바이스로부터 수신받는 데이터에 대한 수신확인 신호(ACK/NACK)에 빔서칭 요청 메시지를 포함하여 전송할 수 있다.
한편, 빔포밍 안테나 시스템에서 사용하는 채널 행렬의 랭크가 1이거나 1에 가까운 경우에는 단일입력 단일출력(SISO) 시스템으로 보아 일반적인 빔 서칭 및 빔 포밍을 수행하고, 공간 다중화(SM)를 위한 빔 서칭 과정은 수행하지 않는다. 그러나, 채널 행렬의 랭크가 1보다 큰 경우, 빔 포밍은 N개의 공간 스트림을 형성하기 위해 수행되고, 여기서 N은 채널 행렬의 랭크(H)의 최소개수와 동일하다. 즉, 채널 랭크가 1보다 큰 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 디바이스는 전송하려는 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩을 수행한다. 도 9에서 특이값 분해 방식(SVD)의 공간 코더 또는 별도의 프리코더에서 전송하려는 데이터 스트림에 대해 공간 다중화 프리코딩 행렬을 이용해 프리코딩을 수행한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스는 공간 다중화를 위한 훈련 시퀀스 및 그에 따른 피드백 정보를 송수신하여, 공간 다중화 프리코딩 행렬을 구할 수 있다. 이하, 공간 다중화를 위한 빔서칭 과정의 일 예를 도 18을 참조하여 설명하도록 한다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 디바이스간 공간 다중화를 위한 프리코딩을 위해 신호를 송수신하는 과정의 일 예를 나타내는 절차흐름도이다.
도 18을 참조하면, 빔 서칭을 위해 훈련신호 및 그에 따른 피드백 정보의 전송과정(S20 내지 S25)는 도 10의 단계 S10 내지 S15의 과정에 대응한다. 따라서, 동일한 과정의 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 상기 빔 서칭 과정 수행 후 수신 디바이스로 공간 다중화 프리코딩 행렬을 구하기 위한 훈련 신호를 전송한다(S26). 수신 디바이스는 상기 훈련 신호에 대응하는 공간 다중화 피드백 정보를 송신 디바이스로 전송한다(S27). 공간 다중화 피드백 정보는 상술한 전방향 또는 단일방향 피드백 정보를 비롯하여 전송하려는 최대 데이터 스트림 수에 따른 최소 채널 행렬 랭크에 따라 프리코딩 행렬 크기를 조정하기 위한 정보를 포함한다.
피드백 정보를 수신한 송신 디바이스는 상기 프리코딩 행렬 크기 조정 정보에 기초하여 공간 다중화 피드백 정보를 통해 프리코딩 행렬를 결정한다(S28). 그리고, 결정된 프리코딩 행렬을 이용하여 전송하려는 데이터에 프리코딩 수행한 후 수신 디바이스로 전송함으로써(S29) 디바이스간 통신을 수행한다.
상기 공간 다중화 훈련 신호는 마찬가지로 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함한다. 공간 다중화 빔 서칭 훈련 시퀀스는 상술한 것과 마찬가지로 공간 다중화 안테나 포트 및 송신 디바이스 AWV 각각에 대한 각각 다른 PN 시퀀스, 하다마드 코드 시퀀스, 직교 코드 시퀀스, CAZAC 시퀀스 등을 사용할 수 있다. 또한, 훈련 시퀀스를 포함하는 데이퍼 패킷은 도 14 및 도 15에 도시된 데이퍼 패킷의 일 예와 동일한 형태로 전송될 수 있다.
상기 공간 다중화를 위한 훈련 시퀀스는 각 빔포밍 안테나 그룹을 위한 훈련 시퀀스로, 서로 다른 공간 다중화를 위한 안테나 그룹에 대한 서로 다른 훈련 시퀀스를 포함할 수 있다.
상기 공간 다중화 피드백 정보는 LRP 모드에서 짧은 전방향(short-omni) LRP 패킷을 통해 전송될 수 있다. 이하 도 19를 참조하여 설명하도록 한다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 피드백 데이터 포멧의 또 다른 예를 나타내는 도면으로, 단기 전방향(short-omni) 빔 서칭 과정에서 전송되는 피드백 패킷에서 페이로드(payload) 포멧의 일 예를 나타내는 것이다.
도 19를 참조하면, 피드백 패킷은 스트림 넘버에 관한 정보가 포함되는 영역(130), 빔 포밍 안테나 포트에 관한 정보가 포항되는 영역(131), 부반송파 차수에 관한 정보가 포함되는 영역(132), 수신신호의 세기에 관한 정보가 포함되는 영역(133), 프리코딩 행렬을 구성하는 벡터들의 앵글에 관한 정보가 포함되는 영역(134), 순환 중복 검사(cyclic redundancy check)를 위한 CTC 비트가 포함되는 영역(135) 및 데이터 패킷을 구성하는 비트수가 정수의 옥텟을 구성하도록 스터프 비트(stuff bit)가 부가되는 영역(136)을 포함한다.
상기 스트림 넘버에 관한 정보를 포함하는 영역(130) 및 안테나 포트에 관한 정보가 포함되는 영역(131)에는 현재 사용중인 스트림 및 안테나 포트의 넘버보다 하나 작은 넘버에 관한 정보가 각각 포함된다.
상기 부반송파 차수에 관한 정보가 포함되는 영역(132)은 상기 영역에 포함되는 부반송파 차수만큼 2의 배수를 해준 결과가 프리코딩 행렬 단위당 부반송파 개수와 동일하다.
상기 수신신호 강도 정보가 포함되는 영역(133)은 k번째 전송 데이터 스트림에 대한 (k+1)번째 데이터 스트림의 상대적인 신호 강도에 관한 정보를 포함한다. 상기 도 19의 일 예에서는 상기 k 값은 1,2,3으로 설정하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 프리코딩 앵글 정보가 포함되는 영역(134)은 프리코딩 앵글 그룹 단위로 소정의 비트수를 사용하여 프리코딩 행렬에 포함되는 앵글 정보를 나타낸다.
도 19에서 수신신호 강도에 관한 정보가 포함되는 영역(133), 프리코딩 앵글에 관한 정보가 포함되는 영역(134) 및 스터프 비트가 부가되는 영역(136)은 고정된 비트수가 할당되는 것은 아니므로 구현형태에 따라 다양한 비트수가 할당될 수 있다.
이와 같은 피드백 데이터 포멧의 크기 및 피드백 정보 전송 횟수는 SM MIMO 시스템에서 안테나 그룹 또는 포트수 및 하나의 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 수에 따라 결정된다.
상기 공간 다중화를 위한 피드백 정보량은 빔포밍 안테나 그룹 및 하나의 안테나 그룹을 구성하는 최대 안테나 개수에 따라 결정될 수 있다. 공간 다중화를 위한 피드백 패킷의 일 예는 72 비트 또는 144 비트수로 구성될 수 있다. 또한, 도 19에 도시된 피드백 패킷에 한정되지 않으며, 상술한 빔서칭 피드백 패킷처럼 송신 디바이스 안테나 어레이 가중치 벡터(AWV)에 관한 피드백 정보를 포함하는 영역 및 송신 디바이스 인덱스 정보를 포함하는 영역을 포함할 수 있다.
빔 서칭을 위한 AWV 피드백 크기는 송신 디바이스의 빔포밍 안테나 그룹 수 (P)×하나의 안테나 그룹에 포함될 수 있는 최대 안테나 수(Q)는 72개를 넘을 수 없기 때문에 AWV 피드백 비트(N)는 최대 72비트 또는 144비트를 사용할 수 있다.
표 2는 다수의 빙포밍 안테나 그룹을 포함하는 SM MIMO 디바이스에서 하나의 빔포밍 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 개수에 관한 정보를 나타내는 것으로, 피드백 비트수로 72비트를 사용하는 경우에 관한 것이다.
[표 2]
다음, 표 3은 피드백 비트수가 144비트일 때의 하나의 빔포밍 안테나 그룹 내 포함될 수 있는 최대 안테나 개수에 관한 정보를 나타내는 것이다.
[표 3]
상기 표 2 및 표 3을 참조하면, SM MIMO에서 사용하는 안테나 그룹(또는 안테나 포트)은 최소 2개까지 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 시스템은 도 9에 도시된 SVD 인코더를 통해 최소한의 서브 채널 수 2개를 구성하도록 구현함으로써, 빔포밍 안테나 그룹도 최소 2개로 줄일 수 있고, 그에 따라 피드백 정보량 및 전송 횟수도 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 빔포밍 안테나 그룹을 구비한 SM MIMO 디바이스의 다른 예로, MIMO 포스트앰블(postamble)을 사용하여 최적의 안테나 그룹 선택을 위한 피드백 정보 송수신과정을 생략할 수도 있다.
MIMO 포스트앰블은 MIMO가 아닌 일반적인 시스템(non-MIMO)에서 모든 빔포밍 안테나 그룹 또는 빔포머로부터 동시에 전송되는 것으로, 훈련신호와 동일 또는 유사한 의미를 갖는다. 그러므로, 이 포스트앰블에 포함된 신호는 수신 디바이스의 각 빔포머를 통해 방송되는 신호에서 분리되어야 하고, 이를 위해 왈쉬 시컨스(Walsh sequence)를 이용할 수 있다.
왈쉬 시컨스는 LW = 2P의 길이를 갖고, 여기서 p=1,2,3,...의 특징을 갖는다. 각 전송 빔포머는 각각 개별적인 왈쉬 시컨스를 이용하여야 하고, 그러므로 MIMO 포스트앱블의 길이 L은 전송 빔포머의 개수(M)와 동일하거나 더 많아야 한다. 예를 들어, 전송 빔포머의 수가 6 또는 8인 경우 LW = 8이 되고, MIMO 포스트앰블은 8개의 OFDM 심볼로 구성되는데 그 일 예가 수학식 17에 나타나있다.
[수학식 17]
수학식 17에 나타난 행렬의 행과 열은 각각 길이 LW = 8을 가진 왈쉬 시퀀스를 나타낸 것이다.
상기 포스트앰블을 이용하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 시스템에서 피드백 정보의 송신 과정이 없어도 채널 추정 등을 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD MIMO 디바이스 간 신호 송수신 과정의 일 예를 나타내는 도면이다.
마찬가지로, 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 다수개의 빔포밍 안테나 그룹을 구비하고, 각 안테나 그룹에서 전송되는 신호들은 각각 순차적으로 전송되는 것이 바람직하다. 또한, 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹마다 소정의 시간 간격을 갖고 신호를 전송할 수도 있다.
도 20을 참조하면, 송신 디바이스는 수신 디바이스로 채널 추정 등을 요청하기 위한 요청 메시지(Request To Send: RTS) 패킷을 전송한다(S30). 상기 RTS 패킷의 후단부에는 제1 MIMO 포스트앰블이 부가되며, 상기 RTS 패킷은 non-MIMO 모드로 전송된다. 상기 RTS 패킷을 수신한 수신 디바이스는 상기 제1 MIMO 포스트앰블을 통해 송신 디바이스에서 수신 디바이스로 신호 전송시 사용한 채널에 대한 채널 행렬(H1→2)을 추정하고, 공간 디코더 행렬 U를 산출한다(S31). 공간 디코더 행렬 U는 상술한 것처럼 채널 행렬을 통해 구할 수 있으며, U=(U1,U2)으로 두 개의 행렬 HHH 고유벡터로 구성된다. 수신 디바이스는 수신 디바이스로 CTS(Clear To Sender) 패킷을 전송한다(S32). CTS 패킷의 후단부에도 제2 MIMO 포스트앰블이 부가되며, 상기 제2 MIMO 포스트앰블이 결합된 CTS 패킷은 non-MIMO 모드로 전송된다. 그러면, 송신 디바이스는 수신 디바이스로부터 전송받은 제2 MIMO 포스트앰블을 통해 수신 디바이스에서 송신 디바이스로 신호 전송과정에서 사용한 채널에 관한 채널 행렬(H2→1)을 추정하고, 공간 인코더 행렬 V를 산출한다(S33). 공간 디코더 행렬 V는 V=(V1,V2)으로 두 개의 행렬 HHH 고유벡터로 구성된다. 일반적으로, 공간 채널의 상호관계에 따라 상기 채널 행렬에 대해 H1→2=H2→1 이 성립하다는 것을 알 수 있다. 따라서, H1→2=H로 설정하고, H2→1=HH로 설정할 수 있다.
다음으로, 송신 디바이스는 수신 디바이스로 HRP SVD 모드에서 첫번째 데이터 패킷을 전송한다(S34). 이때, 데이터 패킷은 도 14에 도시된 일예와 동일한 패킷으로 사용할 수 있다. 상기 데이터 블록의 하단부에도 제3 MIMO 포스트앰블이 부가된다. 수신 디바이스는 수신한 데이터 블록의 제3 MIMO 포스트앰블을 통하여 채널 행렬을 추정하는 과정을 반복한다(S35). 그리고, 수신 디바이스는 상기 데이터 블록에 대한 수신확인(ACK/NACK) 신호를 송신 디바이스로 전송한다(S36). 상기 ACK/NACK 신호의 하단부에 제4 MIMO 포스트앰블을 부가하여 전송하므로, 송신 디바이스는 상기 제4 MIMO 포스트앰블을 통해 사용 채널을 추정할 수 있다(S37). 송신 디바이스 및 수신 디바이스간에 상기 단계 S34 내지 단계 S37이 반복된다. 상기 단계의 반복을 통해 채널을 추정하면, 송신 디바이스 및 수신 디바이스간 통신을 수행한다.
도 20에 도시된 과정의 반복을 통해 송신 디바이스 및 수신 디바이스는 채널 정보를 얻을 수 있고, 각각 MIMO 포스트앰블을 부가하여 전송함으로써 별도의 피드백 정보 없이도 SVD 모드를 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 시스템은 디바이스간 피드백 정보를 송수신하는 과정을 생략할 수 있으므로, MIMO 시스템을 보다 간단하게 구현할 수 있고, 통신 수행까지 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 단계 S36에서 수신 디바이스가 송신 디바이스로 전송하는 ACK/NACK 신호는 도 21에 도시된 데이터 포멧의 형태로 전송될 수 있다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 수신 디바이스가 전송하는 수신확인 신호의 데이터 포멧의 일 예를 나타내는 도면이다.
일반적으로, 방향성 공간 멀티플렉싱 ACK 패킷은 무지향(전방항) LRP 페이로드 영역을 포함하는 방향성 Low-rate Physical Data Unit(LRPDU)을 이용한다. 따라서, 데이터가 주로 HRP 채널을 통해 전송된다면, 수신확인 신호는 LRP 채널을 통해 전송되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 21을 참조하면, 상기 방향성 SM ACK 패킷의 헤더 단순히 1비트가 할당되는 LRPDU상의 페이로드(payload) 여부를 지시하기 위한 첫번째 영역(140), 빔서칭 과정을 요청하기 위한 영역(141), 송신 디바이스로부터 전송되는 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 포함하는 다수개의 영역으로 구성되는 ACK 그룹 영역(142) 및 단기 체크 시퀀스(short check sequence, SCS)를 포함하는 SCS 영역(143)을 포함한다.
상기 빔서칭 과정을 요청하기 위한 영역(141)은 예를 들어, 수신신호 품질이 나쁜 경우, 수신 디바이스가 송신 디바이스에 새로운 빔포밍 안테나 그룹을 통한 신호 전송을 위한 빔 서칭 동작을 요청하기 위해 전송하는 정보를 포함한다. 상기 빔서칭 요청 영역(141)은 1비트가 할당되는 경우, 빔서칭 동작 요청시 1의 값이 설정되고, 그렇지 않은 경우에는 0이 설정될 수 있다. 이 값은 바뀔 수 있을 뿐만 아니라, 상기 영역에 더 많은 비트가 할당되면 보다 상세한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 수신확인 신호는 상술한 적응형 안테나 그룹을 구비한 SVD방식의 SM MIMO 시스템에서 송신 디바이스가 수신 디바이스로부터 수신하는 채널 추정 및 신호 품질에 관한 피드백 정보를 포함할 수 있다. 일반적으로, 피드백 정보는 수신확인 신호를 통해 상대 디바이스로 전송되기도 한다.
상기 ACK 그룹 영역(142)은 각각의 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 포함하는 각각의 영역으로 구성된다. 각각의 영역에는 5비트가 할당될 수 있으며, 도 21에 도시된 것처럼 4개의 데이터 스트림에 대한 ACK 정보를 하나의 데이터 포멧에 포함시켜 전송할 수 있다. 다만, 하나의 ACK 데이터 포멧에 포함되는 ACK 그룹 영역의 수는 이에 한정되지 않는다. k번째 데이터 스트림에 대한 ACK 그룹 영역(142)에서 n번재 비트는 상기 k번째 데이터 스트림을 손실없이 수신한 경우 1로 설정될 수 있다. 각 ACK 그룹 영역(142)에 5비트가 할당되므로, 이중 몇번째 비트가 데이터 스트림 수신확인 정보를 나타내는지를 구현방식에 따라 다르게 설정할 수 있다.반면, 데이터 손실 또는 오류발생 등의 수신과정에서 문제 발생시엔 k 번째 데이터 스트림에 대한 ACK 그룹 영역에 할당되는 모든 비트값을 0으로 설정할 수 있다.
이와 같이, SVD 방식의 SM MIMO시스템에서 비적응형 안테나 그룹 또는 분할형 안테나 그룹을 사용하는 경우, 최대 신호대잡음비(SNR)를 동반하면서 SVD 기반의 시스템에서 사용하는 서브채널 수를 상술한 것처럼 K=min{M×n, N×n}에서 최소 2개까지 줄일 수 있다. 또한, WVAN 디바이스간 피드백 정보 송수신 과정을 생략하더라도 MIMO 포스트앰블을 통해 SVD 모드를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SVD 방식의 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 전송 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 송신 디바이스를 포함하는 방송 신호 처리 시스템의 실시예를 나타낸 도면이다.
일반적으로, WVAN 디바이스는 방송국, 케이블, 위성 및 WVAN의 다른 디바이스 중 적어도 하나로부터 안테나를 통해 입력받은 A/V 데이터를 이하 후술되는 수행과정을 거쳐 재생할 수 있다. WVAN 디바이스는 다른 디바이스로부터 데이터를 수신하는 경우 수신 디바이스가 될 수 있고, 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 송신 디바이스가 될 수 있다. 또한, 조정기와 메시지 교환을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 송신 디바이스는 송신부 및 수신부가 하나 이상의 빔포밍 안테나 그룹으로 구성된 형태로, SVD 방식의 프리코딩을 수행하는 공간 멀티플렉싱 다중입력 다중출력(SM MIMO) 디바이스의 일 예이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 방송 신호 처리 시스템은 송신 디바이스(150), 리모트 콘트롤러(remote controller; 160), 로컬 저장 장치(170), 수신 디바이스(190)와 무선 통신을 수행하기 위한 네트워크 장치(180)를 포함한다.
A/V 데이터를 전송하는 송신 디바이스(150)는 수신부(151), 복조부(152), 디코딩부(153), 디스플레이부(154), 제어부(155), 공간 다중화 프리코더＆빔포밍 모듈(156), 그래픽 처리부(157), 송신부(158) 및 제어신호 통신부(159)를 포함할 수 있다. 도 22의 일 예에서, 송신 디바이스는 로컬 저장 장치(170)를 더 포함하는데, 로컬 저장 장치(170)가 입출력 포트를 포함하는 송신부(158)와 직접 연결된 예를 개시하지만, 로컬 저장 장치는 송신 디바이스(150) 내부에 마운트된 저장 장치일 수 있다.
송신부(158)는 유무선의 네트워크 장치(180)와 통신할 수 있고, 네트워크 장치(180)를 통해 무선 네트워크상에 존재하는 적어도 하나 이상의 수신 디바이스(190)와 연결될 수 있다. 제어신호 통신부(159)는 사용자 제어 기기, 예를 들면 리모트 콘트롤러 등에 따라 사용자 제어 신호를 수신하고 수신한 신호를 제어부(155)로 출력할 수 있다.
수신부(151)는 지상파, 위성, 케이블, 인터넷 망 중 적어도 하나를 통해 특정 주파수의 방송 신호를 수신하는 튜너일 수 있다. 수신부(151)는 방송 소스 예를 들어, 지상파, 케이블, 위성, 개인 방송별로 각각 구비될 수도 있고, 통합 튜너일 수도 있다. 또한 수신부(151)가 지상파 방송용 튜너라고 가정할 경우, 적어도 하나의 디지털 튜너와 아날로그 튜너를 각각 구비할 수도 있고, 디지털/아날로그 통합 튜너일 수도 있다.
또한, 수신부(151)는 유무선의 통신을 통해 전달되는 IP(Internet Protocol) 스트림을 수신할 수도 있다. IP 스트림을 수신할 경우 수신부(151)는 수신되는 IP 패킷과 수신기가 전송하는 패킷에 대하여 소스와 목적지 정보를 설정하는 IP 프로토콜에 따라 송수신 패킷을 처리할 수 있다. 수신부(151)는, IP 프로토콜에 따라 수신된 IP 패킷에 포함된 비디오/오디오/데이터 스트림을 출력할 수 있고, 네트워크로 송신할 트랜스포트 스트림을 IP 프로토콜에 따라 IP 패킷으로 생성하여 출력할 수 있다. 수신부(151)는 외부에서 입력되는 영상 신호를 수신하는 구성요소로서, 예를 들면 외부로부터 IEEE 1394 형식의 비디오/오디오 신호 입력이나, HDMI와 같은 형식의 스트림을 입력받을 수도 있다.
복조부(152)는 수신부(151)를 통해 입력되는 데이터 중 방송 신호나 수신 디바이스에서 전송한 방송신호를 변조 방식의 역으로 복조한다. 복조부(152)는 방송 신호를 복조하여 방송 스트림을 출력한다. 수신부(151)가 스트림 형식의 신호를 수신할 경우, 예를 들면 IP 스트림을 수신할 경우 IP 스트림은 복조부(152)를 바이패스하고 디코딩부(153)로 출력된다.
디코딩부(153)는 오디오 디코더와 비디오 디코더를 포함하며, 복조부(152)에서 출력되는 방송 스트림을 디코딩 알고리즘으로 디코딩한 후 디스플레이부(154)로 출력한다. 이때 복조부(152)와 디코딩부(153)사이에는 각 스트림을 해당 식별자에 따라 분리하는 역다중화기(도시되지 않음)가 더 포함될 수 있다. 상기 역다중화기는 방송 신호를 오디오 요소 스트림(ES)과 비디오 요소 스트림(ES)으로 구분하여 디코딩부(153)의 각각의 디코더로 출력할 수 있다. 또한 하나의 채널에 복수개의 프로그램이 다중화되어 있는 경우, 사용자가 선택한 프로그램의 방송 신호만을 선택하여 비디오 요소 스트림과 오디오 요소 스트림으로 구분할 수 있다. 만일 복조된 방송 신호에 데이터 스트림이나 시스템 정보 스트림이 포함되어 있다면, 이것도 역다중화기에서 분리되어 해당 디코딩 블록(미도시)으로 전달된다.
디스플레이부(154)는 수신부(151)로부터 수신한 방송 콘텐츠, 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 표출할 수 있다. 그리고, 제어부(155)의 제어 커맨드에 따라 저장 장치의 마운트 여부 및 잔여 용량에 관련된 정보를 표출하는 메뉴를 디스플레이하고 사용자의 제어에 따라 동작될 수 있다.
제어부(155)는 예시한 구성 요소(수신부, 복조부, 디코딩부, 디스플레이부, 그래픽 처리부, 공간 다중화 프리코더 및 빔포밍 모듈, 인터페이스부) 등의 동작을 제어할 수 있다. 그리고, 사용자의 제어 커맨드을 수신하는 메뉴를 표출시키고, 사용자에게 방송 신호 처리 시스템의 각종 정보나 메뉴를 표출하는 애플리케이션 등을 구동시킬 수 있다.
예를 들어, 제어부(155)는, 로컬 저장 장치(170)가 마운트된 경우 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 읽어오도록 할 수 있다. 그리고, 제어부(155)는, 로컬 저장 장치(170)가 마운트된 경우 수신부(151)로부터 수신한 방송 콘텐츠를 로컬 저장 장치(170)에 저장하도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)가 마운트되었는지 여부에 따라 로컬 저장 장치(170)가 마운트하도록 제어하는 신호를 출력할 수 있다.
제어부(155)는 로컬 저장 장치(170) 의 잔여 저장 용량을 체크하고, 이에 대한 정보를 사용자에게 디스플레이부(154) 또는 그래픽 처리부(157)를 통해 디스플레이부(154)상에 표출되도록 할 수 있다. 그리고, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)에 잔여 저장 용량이 부족한 경우, 원격 저장 장치 등에 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 옮겨 저장하도록 할 수 있다. 이 경우 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)의 잔여 저장 용량이 부족한 경우 사용자에게 디스플레이부(154)를 통해 다른 로컬 저장 장치(미도시)나 원격의 저장 장치 등에 로컬 저장 장치(170)에 저장된 콘텐츠를 옮겨 저장할지 여부를 나타내는 메뉴를 표출할 수 있다. 그리고 그에 대한 사용자의 제어 신호를 수신하여 처리할 수 있다. 따라서, 제어부(155)는 로컬 저장 장치(170)와 그 이외에 직접 또는 원격으로 마운트된 저장 장치에 저장된 콘텐츠를 서로 이동시켜 저장시키도록 할 수 있다.
공간 다중화 프리코더 및 빔 포밍 모듈로 구성된 제2 제어모듈(156)은 수신부(151)로부터 직접 방송 신호를 입력받거나 복조부(152)에서 복조된 방송 신호를 입력받을 수 있는데, 전자의 경우 인코딩 과정은 생략할 수 있다. 또한, 수신부(151)에서 수신한 방송 신호는 제어부(155)에서 신호 전송을 위한 처리과정 등을 거쳐 제2 제어모듈(156)로 전달될 수 있다. 제2 제어모듈(156)은 송신 디바이스(150)가 SM MIMO 디바이스임에 따라 송신부(159)를 통해 전송하려는 데이터 스트림에 프리코딩을 수행하는 공간 다중화 프리코더를 포함한다. 상기 공간 다중화 프리코더애서는 도 9에서 상술한 전송 데이터 스트립에 대한 프리코딩을 수행하는데, 이때 SVD 방식의 프리코딩을 수행한다. 한편, 복조부(152)로부터 전송된 데이터에 대해서는 도 22에는 도시되지 않았으나 제2 제어모듈(156)에 전송하려는 데이터가 채널을 거치면서 서로 직교한 서브 채널을 형성하도록 인코딩하는 SVD 방식의 공간 인코더를 포함할 수 있다. SVD 방식의 공간 인코더는 제어부(155)내 포함될 수도 있다.
또한, 제2 제어모듈(156)에는 다중 안테나를 구비한 송신 디바이스(150)가 빔포밍 기술을 사용하기 위한 빔 서칭 과정을 수행하도록 제어하는 빔 포밍 모듈을 포함한다. 빔 서칭은 상술한 것처럼 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호를 수신 디바이스로 전송하고, 수신 디바이스로부터 상기 훈련 신호에 대한 피드백 정보를 수신받아, 피드백 정보를 기초로 사용하려는 안테나 그룹을 결정하고, 다수의 안테나 그룹에 대한 가중치 값을 결정하기 위한 수행동작이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 SM MIMO 송신 디바이스는 공간 다중화를 위한 프리코딩을 수행하면서, 최적의 프리코딩 행렬을 구하기 위한 신호 송수신을 수행할 수 있다. 즉, 송신 디바이스(150)는 적어도 하나 이상의 훈련 시퀀스를 포함하는 훈련 신호를 수신 디바이스(190)로 전송하고, 수신 디바이스(190)로부터 상기 훈련 시퀀스를 이용하여 결정된 프리코딩을 위한 피드백 정보를 수신하도록 제어하는 송수신 모듈을 포함할 수 있다. 송수신 모듈은 도 22에는 별도로 도시되어 있지 않으나 제어부(155) 또는 제2 제어모듈(156)내 포함되거나 별도의 구성요소로 구비될 수 있다. 상기 피드백 정보가 수신부(151)를 통해 수신되면, 송신 디바이스(150)는 상기 피드백 정보에 기초하여 최적의 안테나 그룹 결정 및 프리코딩 행렬을 결정한다. 이때, 상기 안테나 그룹 결정 및 프리코딩 행렬 결정은 제2 제어모듈(156)에서 수행하거나 또는 제어부(155)에서 수행하고 결정된 안테나 그룹 및 프리코딩 행렬을 정보를 제2 제어모듈(156)로 전송하여 프리코딩을 수행하도록 할 수도 있다.
상술한 것 외에도, 제2 제어모듈(156)에서 수행되는 제어방식은 제어부(155)에서 수행될 수 있다. 도 22에서는, 설명의 편의를 위해 제어부(155)와 제2 제어모듈(156)이 별도로 구비되는 예를 개시하지만, 점선으로 표시된 부분과 같이 하나의 시스템 칩으로 구현될 수도 있다.
그래픽 처리부(157)는 디스플레이부(154)가 표출하는 비디오 이미지에 메뉴 화면 등을 표출할 수 있도록 표출할 그래픽을 처리하여 디스플레이부(154)에 함께 표출되도록 제어할 수 있다.
송신부(158)는 제어부(155) 또는 제2 제어 모듈(156)에서 생성된 데이터 스트림을 유무선 네트워크를 통해 수신 디바이스(190)로 전송하거나 또는 상기 송신 디바이스(150)가 다른 디바이스로 데이터를 전송하는 경우 이용될 수 있다.
또한, 송신부(158)은 WVAN에 속한 디바이스간 양방향 통신을 수행할 수 있도록 인터페이스부를 포함할 수 있다. 인터페이스부는 유무선 네트워크를 통해 적어도 하나 이상의 수신 디바이스(190)와 인터페이스 할 수 있으며, 이더넷(ethernet) 모듈, 블루투스 모듈, 근거리 무선인터넷 모듈, 휴대 인터넷 모듈, 홈 PNA 모듈, IEEE1394 모듈, PLC 모듈, 홈 RF 모듈, IrDA 모듈 등을 예로 들 수 있다.
이상에서 상술한 송신 디바이스는 도 22에는 도시되어 있지 않으나 도 9를 참조하여 언급한 구성요소를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 MIMO 시스템은 지향성이 강한 mmWave에 사용하면 보다 효과적이다.
이상에서 사용된 용어들은 다른 것들로 대치될 수 있다. 예를 들어, 디바이스는 사용자 장치(또는 기기), 스테이션(station) 등으로 변경될 수 있고, 조정기는 조정(또는 제어) 장치, 조정(또는 제어) 디바이스, 조정(또는 제어) 스테이션, 코디네이터(coordinator), PNC(piconet coordinator) 등으로 변경되어 사용될 수 있다. 또한, WVAN을 구성하는 WVAN 파라미터는 네트워크 구성정보와 동일한 의미로 사용될 수 있다.
특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함시킬 수 있음은 자명하다.
이상에서 사용되는 용어들은 다른 것들로 대치될 수 있다. 예를 들어, 사용자 장치는 디바이스, 사용자 기기, 스테이션(station) 등으로 변경될 수 있고, 조정 장치는 제어 장치, 조정(또는 제어)기, 조정(또는 제어) 디바이스, 조정(또는 제어) 스테이션, 코디네이터(coordinator), PNC(piconet coordinator) 등으로 변경될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 또한, 데이터 패킷은 메시지, 트래픽, 비디오/오디오 데이터 패킷, 제어 데이터 패킷 등의 송수신되는 정보들을 통칭하는 것으로 어느 특정 데이터 패킷에 한정되지 아니한다.
그리고 통신 시스템에서 통신을 수행할 수 있는 디바이스로는 컴퓨터, PDA, 노트북, 디지털 TV, 캠코더, 디지털 카메라, 프린터, 마이크, 스피커, 헤드셋, 바코드 판독기, 디스플레이, 휴대폰 등이 있으며 모든 디지털 기기가 이용될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 기술적 사상 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 실시예들은 다양한 무선통신 시스템에 적용될 수 있다. 다양한 무선통신 시스템들의 일례로서, 3GPP(3rd Generation Partnership Project), 3GPP2 및/또는 IEEE 802.xx (Institute of Electrical and Electronic Engineers 802) 시스템 등이 있으며, 무선 네트워크를 형성하는 기기들 간에 오디오 또는 비디오 데이터를 주고 받을 수 있는 블루투스(bluetooth), 무선 사설망(WPAN: Wireless Personal Area Network) 기술에도 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 상기 다양한 무선접속 시스템뿐 아니라, 상기 다양한 무선접속 시스템을 응용한 모든 기술분야에 적용될 수 있다.
Claims (16)
- WVAN(Wireless Video Area Network)을 지원하는 무선 접속 시스템에서 다수의 안테나를 포함하는 송신단에서 공간 다중화(SM) 프리코딩을 수행하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나를 선택하기 위한 SM HRP(High-Rate Physical) 빔서치 과정을 다수의 안테나들을 포함하는 수신단과 수행하는 단계;
상기 SM HRP 빔서치 과정 이후에 채널 행렬 랭크가 1보다 큰 것으로 추정되면, 공간 프리코딩 행렬을 계산하기 위해 사용되는 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 포함하는 제1 패킷을 상기 수신단으로 전송하는 단계;
상기 수신단으로부터 상기 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 이용하여 계산되는 상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 수신하는 단계; 및
상기 수신단에 데이터 스트림을 전송하기 위해 상기 공간 프리코딩 행렬을 이용하여 공간 다중화 프리코딩을 수행하는 단계를 포함하되,
상기 제1패킷은 HRP 모드에 따라 전송되고, 상기 제2패킷은 LRP 모드에 따라 수신되고,
상기 WVAN은 상기 HRP 모드를 위한 HRP 레이어 및 상기 LRP 모드를 위한 LRP 레이어를 지원하고,
상기 SM HRP 빔서치 과정 동안, 상기 송신단은 기설정된 값과 같은 횟수로 제1 트레이닝 시퀀스를 반복적으로 송신하고 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 피드백 정보를 수신하며, 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 상기 피드백 정보에 기반하여 AWV(Antenna array Weight Vector)를 상기 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나에 적용하는, SM 프리코딩 수행방법. - 제1항에 있어서,
제2패킷의 피드백 비트들의 개수는 공간 다중화 포트들의 개수 및 공간 다중화 포트들 당 안테나의 최대 개수에 기반하여 결정되는, SM 프리코딩 수행방법. - 제1항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 상기 피드백 정보는 상기 공간 프리코딩 행렬을 획득하기 위한 프리코딩 각도와 관련된, SM 프리코딩 수행방법. - 제3항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬의 상기 프리코딩 각도의 개수 및 순서는 데이터 스트림들의 개수 및 공간 다중화 포트들의 개수에 기반하여 결정되는, SM 프리코딩 수행방법. - WVAN(Wireless Video Area Network)을 지원하는 무선 접속 시스템에서 공간 다중화(SM) 프리코딩을 수행하기 위한 다수의 안테나를 포함하는 송신단은,
상기 다수의 안테나를 제어하도록 구성된 송신기;
수신기; 및
제어모듈을 포함하되,
상기 제어모듈은:
상기 송신기 및 상기 수신기를 제어하여 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나를 선택하기 위한 SM HRP(High-Rate Physical) 빔서치 과정을 다수의 안테나들을 포함하는 수신단과 수행하고;
상기 SM HRP 빔서치 과정 이후에 채널 행렬 랭크가 1보다 큰 것으로 추정되면, 공간 프리코딩 행렬을 계산하기 위해 사용되는 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 포함하는 제1 패킷을 상기 송신기를 제어하여 상기 수신단으로 전송하고;
상기 수신단으로부터 상기 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 이용하여 계산되는 상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 수신기를 제어하여 수신하며;
상기 수신단에 데이터 스트림을 전송하기 위해 상기 공간 프리코딩 행렬을 이용하여 공간 다중화 프리코딩을 수행하되,
상기 제1패킷은 HRP 모드에 따라 전송되고, 상기 제2패킷은 LRP 모드에 따라 수신되고,
상기 WVAN은 상기 HRP 모드를 위한 HRP 레이어 및 상기 LRP 모드를 위한 LRP 레이어를 지원하고,
상기 SM HRP 빔서치 과정 동안, 상기 송신단은 기설정된 값과 같은 횟수로 제1 트레이닝 시퀀스를 반복적으로 송신하고 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 피드백 정보를 수신하며, 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 상기 피드백 정보에 기반하여 AWV(Antenna array Weight Vector)를 상기 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나에 적용하는, 송신단. - 제5항에 있어서,
상기 제2패킷의 피드백 비트들의 개수는 공간 다중화 포트들의 개수 및 상기 공간 다중화 포트들 당 안테나의 최대 개수에 기반하여 결정되는, 송신단. - 제5항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 상기 피드백 정보는 상기 공간 프리코딩 행렬을 획득하기 위한 프리코딩 각도와 관련된, 송신단. - 제7항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬의 상기 프리코딩 각도의 개수 및 순서는 데이터 스트림들의 개수 및 공간 다중화 포트들의 개수에 기반하여 결정되는, 송신단. - WVAN(Wireless Video Area Network)을 지원하는 무선 접속 시스템에서 다수의 안테나를 포함하는 수신단에서 공간 다중화(SM) 프리코딩을 위한 피드백 정보를 전송하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나를 선택하기 위한 SM HRP(High-Rate Physical) 빔서치 과정을 다수의 안테나들을 포함하는 송신단과 수행하는 단계;
상기 SM HRP 빔서치 과정 이후에 채널 행렬 랭크가 1보다 큰 것으로 추정되면, 공간 프리코딩 행렬을 계산하기 위해 사용되는 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 포함하는 제1 패킷을 상기 송신단으로부터 수신하는 단계;
상기 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 이용하여 상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 결정하는 단계;
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 송신하는 단계; 및
상기 공간 프리코딩 행렬에 의해 상기 공간 다중화 프리코딩된 데이터를 수신하는 단계를 포함하되,
상기 제1패킷은 HRP 모드에 따라 수신되고, 상기 제2패킷은 LRP 모드에 따라 전송되고,
상기 WVAN은 상기 HRP 모드를 위한 HRP 레이어 및 상기 LRP 모드를 위한 LRP 레이어를 지원하고,
상기 SM HRP 빔서치 과정 동안, 상기 수신단은 기설정된 값과 같은 횟수로 제1 트레이닝 시퀀스를 반복적으로 수신하고 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 피드백 정보를 송신하며,
상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 상기 피드백 정보에 기반하여 AWV(Antenna array Weight Vector)를 상기 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나에 적용하는, 피드백 정보 전송방법. - 제9항에 있어서,
상기 제2패킷의 피드백 비트들의 개수는 공간 다중화 포트들의 개수 및 상기 공간 다중화 포트들 당 안테나의 최대 개수에 기반하여 결정되는, 피드백 정보 전송방법. - 제9항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 상기 피드백 정보는 상기 공간 프리코딩 행렬을 획득하기 위한 프리코딩 각도와 관련된, 피드백 정보 전송방법. - 제11항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬의 상기 프리코딩 각도의 개수 및 순서는 데이터 스트림들의 개수 및 공간 다중화 포트들의 개수에 기반하여 결정되는, 피드백 정보 전송방법. - WVAN(Wireless Video Area Network)을 지원하는 무선 접속 시스템에서 공간 다중화(SM) 프리코딩을 위한 피드백 정보를 전송하기 위한 다수의 안테나를 포함하는 수신단에 있어서,
상기 다수의 안테나들을 제어하도록 구성된 송신기;
수신기; 및
제어기를 포함하되,
상기 제어기는:
상기 송신기 및 상기 수신기를 제어하여 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나를 선택하기 위한 SM HRP(High-Rate Physical) 빔서치 과정을 다수의 안테나들을 포함하는 송신단과 수행하고;
상기 SM HRP 빔서치 과정 이후에 채널 행렬 랭크가 1보다 큰 것으로 추정되면, 공간 프리코딩 행렬을 계산하기 위해 사용되는 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 포함하는 제1 패킷을 상기 수신기를 제어하여 상기 송신단으로부터 수신하고;
상기 적어도 하나의 공간 다중화 트레이닝 시퀀스를 이용하여 상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 결정하고;
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 피드백 정보를 포함하는 제2패킷을 상기 송신기를 제어하여 송신하고; 및
상기 공간 프리코딩 행렬에 의해 상기 공간 다중화 프리코딩된 데이터를 상기 수신기를 제어하여 수신하도록 구성되되,
상기 제1패킷은 HRP 모드에 따라 수신되고, 상기 제2패킷은 LRP 모드에 따라 전송되고,
상기 WVAN은 상기 HRP 모드를 위한 HRP 레이어 및 상기 LRP 모드를 위한 LRP 레이어를 지원하고,
상기 SM HRP 빔서치 과정 동안, 상기 수신단은 기설정된 값과 같은 횟수로 제1 트레이닝 시퀀스를 반복적으로 수신하고 상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 피드백 정보를 송신하며,
상기 제1 트레이닝 시퀀스에 대한 상기 피드백 정보에 기반하여 AWV(Antenna array Weight Vector)를 상기 적어도 하나의 최적화된 빔포밍 안테나에 적용하는, 수신단. - 제13항에 있어서,
상기 제2패킷의 피드백 비트들의 개수는 공간 다중화 포트들의 개수 및 상기 공간 다중화 포트들 당 안테나의 최대 개수에 기반하여 결정되는, 수신단. - 제13항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬에 대한 상기 피드백 정보는 상기 공간 프리코딩 행렬을 획득하기 위한 프리코딩 각도와 관련된, 수신단. - 제15항에 있어서,
상기 공간 프리코딩 행렬의 상기 프리코딩 각도의 개수 및 순서는 데이터 스트림들의 개수 및 공간 다중화 포트들의 개수에 기반하여 결정되는, 수신단.
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