KR101660200B1

KR101660200B1 - 승법 잡음에 의해 제한될 때 mimo 통신을 위한 안테나 재구성

Info

Publication number: KR101660200B1
Application number: KR1020157015428A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 닐슨; 헨릭 아스플룬드; 미카엘 콜들리; 요나스 메드보; 마티아스 리백; 카를 버너
Original assignee: 텔레호낙티에볼라게트 엘엠 에릭슨(피유비엘)
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-09-07
Publication date: 2016-09-26
Also published as: US20140169430A1; MX343098B; EP2932622B1; EP2932622A1; KR20150084969A; US8831127B2; WO2014090424A1; MX2015006415A

Abstract

본 명세서에 개시된 MIMO 방법 및 장치는 MIMO 통신 노드들 사이의 하나 이상의 우세 신호 경로들과 연관된 데이터 스트림들의 이득을 감소시키는 것에 의해 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건들을 개선시킨다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 승법 잡음은 무선 통신 네트워크의 전송측 노드 및/또는 수신측 노드에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 말한다. 승법 잡음이 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 부가의 방법 및 장치가 포함되어 있다.

Description

승법 잡음에 의해 제한될 때 MIMO 통신을 위한 안테나 재구성{ANTENNA RECONFIGURATION FOR MIMO COMMUNICATIONS WHEN MULTIPLICATIVE NOISE LIMITED}

본 발명은 무선 통신 네트워크에서 무선 MIMO(multiple-input multiple-output) 통신 노드에 대한 처리율 조건(throughput condition)을 개선시키는 방법에 관한 것이다. MIMO 통신 노드는 복수의 재구성가능 안테나들을 가지는 안테나 어레이를 포함한다. MIMO 통신 노드는 원격 통신 노드와 통신하도록 구성되어 있다.

본 발명은 또한 무선 통신 네트워크 내의 원격 통신 노드와 통신하도록 구성되어 있는 무선 통신 네트워크 내의 MIMO 통신 노드에 관한 것이다. MIMO 통신 노드는 복수의 재구성가능 안테나들을 가지는 안테나 어레이를 포함한다.

본 발명은 또한 MIMO 무선 통신 시스템에서 승법 잡음(multiplicative noise)과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화(characterizing)하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 또한 MIMO 무선 통신 시스템에서 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하도록 구성된 잡음 처리기(noise processor)에 관한 것이다.

MIMO(Multiple Input Multiple Output) 통신은 현재의 및 장래의 무선 통신 표준의 필수적인 부분으로 되고 있다. 다수의 송신 및 수신 안테나들을 사용하여, MIMO 통신은, 부가의 대역폭 또는 기타 무선 자원을 소비하는 일 없이, 송신기와 수신기 사이에서 다수의 데이터 스트림들이 동시에 그리고 독립적으로 전달될 수 있게 한다. 그를 위해, 송신기 및/또는 수신기는 다수의 안테나들 - 각각의 안테나는 가변적인 안테나 가중치와 연관되어 있음 - 을 가지는 안테나 어레이를 포함하고, 송신기에서의 안테나 가중치들은 일반적으로 프리코더(pre-coder)라고 한다. 가중된 송신기 및/또는 수신기 안테나들의 사용을 통해, 상이한 데이터 스트림들에 대해 상이한 패턴들이 형성될 수 있다. 무선 라디오 채널(wireless radio channel)이 풍부한 산란[예컨대, 낮은 상관(correlation) 또는 작은 특이값 확산(singular value spread)]을 나타내는 경우, 송신기와 수신기 사이에 다수의 가능한 전파 경로들이 존재하여, 상이한 데이터 스트림들이 직교 매핑(orthogonal mapping)에 의해 상이한 경로들을 거쳐 전송될 수 있게 한다.

수신기는 수신된 복합 신호(composite signal)를 처리하여, 전송된 데이터 스트림들 각각을 분리 및 디코딩해야만 한다. 그를 위해, 종래의 시스템은 선형 수신기[예컨대, MMSE(minimum mean square error) 수신기] 또는 비선형 수신기[예컨대, ML(maximum likelihood) 수신기]를 사용한다. 어느 한 유형의 수신기가 수신된 복합 신호에 존재하는 전송된 데이터 스트림들을 분리시키는 능력은 개개의 데이터 스트림들의 채널들 간의 직교성에 의존한다. 일반적으로, 분리가 완벽하지 않아서 스트림간 간섭(inter-stream interference)을 야기할 것이고, 이는 각각의 신호 스트림에 대한 달성가능한 신호대 잡음비(signal-to-noise ratio)(SNR) 또는 신호대 간섭 및 잡음비(signal-to-interference plus noise ratio)(SINR)를 제한한다. 데이터 스트림 채널들이 서로 비슷할수록, 수신기가 데이터 스트림들을 분리시키는 것이 어려울 것이다. 채널 유사성(channel similarity)은 채널들의 교차 상관(cross-correlation)에 기초하여, (채널에 기초하여 도출되는) 특이값 확산이라고 알려진 대안의 척도를 통해 표현될 수 있다. 큰 특이값 확산은 아주 유사한 채널들, 따라서 어려운 수신기 문제를 나타낸다. 따라서, SNR 또는 SINR이 높고 무선 채널이 풍부한 산란을 경험할 때 - 낮은 상관 또는 작은 특이값 확산으로 표시됨 - MIMO 통신을 위한 최상의 조건이 발생한다.

안타깝게도, 어느 정도까지는 MIMO에 대한 유익한 채널 조건들이 상호 배타적이고, 이는 가장 높은 SNR 또는 SINR 조건이 종종 가장 낮게 경험되는 채널 풍부성(channel richness)과 동시에 발생하고, 그리고 그 반대라는 것을 의미한다. 하나 이상의 우세 데이터 스트림(dominant data stream)들이 보다 약한 다중 경로 데이터 스트림(multi-path data stream)들을 압도할 때, 이 문제가 악화될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 우세 데이터 스트림 또는 우세 신호 경로(dominant signal path)는 우세 모드(dominant mode), 우세 고유 모드(dominant eigenmode), 및/또는 LOS(line of sight) 경로와 연관된 데이터 스트림 또는 경로로서 정의된다. 예를 들어, (예컨대, 우세 LOS 데이터 스트림으로 인해) 수신된 복합 신호에서의 데이터 스트림들 간의 큰 특이값 확산 또는 큰 진폭 차는 보다 약한 데이터 스트림들 중 일부가 결국 낮은 SNR로 되어 버리게 할 수 있다. 그에 응답하여, 수신기는, 처리율이 거의 내지 전혀 예상되지 않는 데이터 스트림들에 대해 전력을 낭비하는 것을 피하기 위해 하위 랭크 전송을 요청하는 것(즉, 데이터 스트림들의 수를 감소시키기 위해)에 의해 그리고 SNR 이득이 개선된 처리율로 될 데이터 스트림들에 대한 전력 증가를 요청하는 것에 의해, 처리율을 최적화하려고 시도할 수 있다.

그렇지만, 전력 증가를 요청하는 것은 신호 강도에 비례하거나 그에 의존하는 잡음 조건(즉, 승법 잡음)을 악화시킬 수 있고, 이러한 잡음 조건이 처리율 조건을 제한할 때 특히 그렇다. 게다가, 보다 적은 수의 데이터 스트림들을 사용하는 것은 무선 연결을 통한 피크 데이터 레이트(peak data rate)의 저하를 야기하고, 표준들 및 기술이 보다 많은 수의 신호 스트림들을 처리할 수 있는 송신기 및 수신기 쪽으로 가는 경향이 있기 때문에, 이는 훨씬 더 문제가 될 것으로 예상된다. 예를 들어, LTE 릴리스 10 및 IEEE 802.11ac 둘 다는 최근에 8x8 MIMO 전송까지 표준화하였다. 따라서, 승법 잡음에 의해 제한되는 MIMO 처리율 조건을 개선시킬 필요가 있다.

본 명세서에 개시된 MIMO 방법 및 장치는 MIMO 통신 노드들 사이의 하나 이상의 우세 신호 경로들과 연관된 데이터 스트림들의 이득을 감소시키는 것에 의해 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건을 개선시킨다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 승법 잡음이라는 용어는 무선 통신 네트워크의 전송측 노드 및/또는 수신측 노드에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 말한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 우세 신호 경로는 다른 데이터 스트림들을 압도하는 데이터 스트림과 연관된 임의의 경로를 포함하고, 우세 모드, 우세 고유 모드, 및/또는 LOS 신호 경로와 연관된 경로(또는 데이터 스트림)(이들로 제한되지 않음)를 포함한다.

한 예시적인 방법은 승법 잡음이 처리율 조건을 제한함을 결정하는 단계, 및 우세 신호 경로(들)에 대한 재구성된 안테나들의 이득을 변경하도록 MIMO 통신 노드의 하나 이상의 안테나들을 재구성하는 단계를 포함한다. 상세하게는, 안테나들은 MIMO 통신 노드와 원격 통신 노드 사이의 우세 신호 경로에 대한 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 재구성된 안테나들 각각의 방사 패턴(radiation pattern)을 재지향(redirect)시키도록 재구성된다.

한 예시적인 MIMO 통신 노드는 복수의 안테나들을 가지는 안테나 어레이, 잡음 처리기, 및 안테나 구성 유닛(antenna configuration unit)을 포함한다. 잡음 처리기는 승법 잡음이 MIMO 통신 노드에 대한 처리율 조건을 제한함을 결정하도록 구성되어 있다. 안테나 구성 유닛은 MIMO 통신 노드와 원격 통신 노드 사이의 우세 신호 경로에 대한 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 재구성된 안테나들 각각의 방사 패턴을 재지향시키도록 안테나들 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있다.

다른 예시적인 실시예는 MIMO 무선 통신 시스템에서 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하는 방법을 포함한다. 이 방법은 신호 품질 파라미터 및 MIMO 활용 파라미터(MIMO utilization parameter) 중 적어도 하나에 기초하여 전송측 MIMO 노드와 수신측 MIMO 노드 사이의 처리율 조건을 평가하는 단계를 포함한다. 이 방법은 평가된 처리율 조건에 기초하여 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하는 승법 잡음 평가(multiplicative noise evaluation)를 발생시키는 단계를 추가로 포함한다.

한 예시적인 잡음 처리기는 MIMO 무선 통신 시스템에서 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하도록 구성되어 있다. 잡음 처리기는 파라미터 유닛 및 특성화 유닛(characterization unit)을 포함한다. 파라미터 유닛은 신호 품질 파라미터 및 MIMO 활용 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 전송측 MIMO 노드와 수신측 MIMO 노드 사이의 처리율 조건을 평가하도록 구성되어 있다. 특성화 유닛은 평가된 처리율 조건에 기초하여 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하는 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있다.

도 1은 한 예시적인 MIMO 통신 시스템의 블록도.
도 2는 한 예시적인 풍부한 산란 환경을 나타낸 도면.
도 3은 MIMO 통신 시스템에서의 승법 잡음의 효과를 나타낸 도면.
도 4는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 처리율 조건을 개선시키는 방법을 나타낸 도면.
도 5는 하나의 예시적인 실시예에 따른, 안테나들을 재구성하는 것의 효과를 나타낸 도면.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른, 안테나들을 재구성하는 것의 효과를 나타낸 도면.
도 7은 MIMO 통신 시스템에서의 한 예시적인 송신기 노드의 블록도.
도 8은 하나의 예시적인 실시예에 따른, 경로 유닛의 블록도.
도 9는 한 예시적인 실시예에 따른, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한함을 결정하는 방법을 나타낸 도면.
도 10은 한 예시적인 실시예에 따른, 잡음 처리기의 블록도.

본 명세서에 개시된 방법 및 장치는, MIMO 처리율이, 가법 잡음(additive noise)(예컨대, 열 잡음 또는 간섭)보다는, 승법 잡음(예컨대, 장비에서의 위상 잡음 또는 양자화 오차)에 의해 제한되는 조건에서, 달성가능한 MIMO 처리율을 개선시킨다. 그를 위해, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한할 때 하나 이상의 우세 신호 경로들과 연관된 데이터 신호들의 이득을 감소시키도록 하나 이상의 안테나들이 재구성된다. 이하에서는 본 발명을 LOS(line of sight) 신호 경로와 관련하여 기술한다. 그렇지만, 본 발명이 우세 모드, 우세 고유 모드, 및/또는 LOS 신호 경로와 연관된 경로 또는 데이터 스트림(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 임의의 유형의 우세 신호 경로들을 가지는 MIMO 조건들에 대해 적용가능하다는 것을 잘 알 것이다. 이것을 더 논의하기 전에, 이하에서는 먼저 MIMO 통신 시스템 및 관련 문제점들에 관한 상세를 제공한다.

도 1은 2개의 MIMO 통신 노드[예컨대, 송신기 노드(100) 및 수신기 노드(200)]를 포함하는 MIMO 통신 시스템의 블록도를 나타낸 것이다. 각각의 MIMO 통신 노드(100, 200)가 피코 사이트(pico site), 무선 기지국(radio base station)(NodeB 및 eNodeB를 포함함), 액세스 포인트, 릴레이(relay), 무선 백홀 노드(wireless backhaul node), 사용자 장비 또는 기타 무선 디바이스, 또는 신호를 전송 및 수신할 수 있는 무선 네트워크 내의 임의의 노드 중 어느 하나를 포함할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 각각의 MIMO 통신 노드(100, 200)는 다수의 안테나들(112, 212)을 가지는 안테나 어레이(110, 210)를 포함한다. 송신기 노드(100)의 N개의 안테나(112) 각각은 곱셈기(multiplier)(113) 및 결합기(combiner)(114)와 연관되어 있다. 각각의 곱셈기(113)는 B개의 입력 데이터 스트림 x_b 중 하나에 가중치(프리코더)를 적용하고, 결합기(114)는 가중된 데이터 스트림들을 결합시켜, 대응하는 안테나(112)로부터 전송하기 위한 복합 신호를 발생시킨다. 도 1의 예에서, 간단함을 위해 B=2이다. 그렇지만, B=N 까지의 임의의 수의 데이터 스트림들이 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

보다 상세하게는, 곱셈기(113)는 주파수 의존적일 수 있는 제1 가중치 열 벡터(a first column vector of weights)

을 안테나 어레이(110)로부터 전송하기 위한 제1 데이터 스트림 x₁에 적용한다. 상이한 가중치 조합들이 안테나 어레이 응답

을 통해 상이한 방사 패턴들에 대응하고, 여기서

이다.

수학식 1에서, k는 파수 벡터(wave vector) 2π/λn을 나타내고, 여기서 n은 방향

에서의 단위 벡터를 나타내며,

은 안테나 변위 벡터(antenna displacement vector)를 나타내고,

는 안테나별 이득 벡터(per-antenna gain vector)를 나타낸다.

가 여기서 스칼라로서 나타내어져 있지만,

가 편파 안테나 및 채널(polarized antenna and channel)로 일반화될 수 있다는 것을 알 것이다. 데이터스트림

을 전송하는 데 사용되는 방사 패턴의 형상

는 다음과 같이 된다:

제2 데이터 스트림 x₂는 가중치들

을 사용하는 동일한 안테나 어레이(110)를 사용하여 전송될 수 있다. 일반적으로, 최대 N개의 데이터 스트림들이 동시에 전송될 수 있다. 총 전송 신호는 중첩에 의해 다음과 같이 표현될 수 있다:

송신기 노드(100)에서의 가중치들

의 적용은 일반적으로 프리코딩(pre-coding)이라고 지칭된다.

수신기 노드(200)는 또한 M개의 안테나(212)의 안테나 어레이(210)를 포함하고, 여기서 제n 송신측 안테나(112)와 제m 수신측 안테나(212) 사이의 무선 채널은 h_nm으로서 표현될 수 있으며, 여기서 h_nm은 시간 의존적 및/또는 주파수 의존적일 수 있다. 도시되어 있지는 않지만, 수신기 노드(200)는 또한 상이한 가중치 벡터들을 상이한 수신 신호들에 대한 안테나 어레이(210)에 적용할 수 있다. 행렬 표기법에서, 수신 신호

은 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서 대각 행렬

및

는 위상 잡음 및 양자화 오차(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 승법 잡음을 나타내고, H는 채널 추정치들의 행렬을 나타내며, Σ는 열 잡음(이들로 제한되지 않음)을 비롯한 가법 잡음을 나타내고, Q는 간섭을 나타낸다.

수신기 노드(200)는 이와 같이, 각각의 데이터 스트림을 성공적으로 디코딩하기 위해, 수신된 복합 신호 y를 개개의 데이터 스트림들

으로 분리시키는 문제를 맡고 있다. 이 문제가 일반적으로 복잡하지만, 간섭, 위상 잡음, 및 동적 범위 제한이 없는 경우, 최적의 프리코더 및 수신 가중치 벡터가 무선 채널의 특이값 분해(singular value decomposition)(SVD)에 의해 주어지는 것으로 밝혀졌다. 상세하게는, 이들 조건 하에서의 수신 가중치 벡터가

에 의해 주어질 수 있고, 여기서 U는 유니터리 프리코딩 행렬(unitary pre-coding matrix)을 나타내고, V는 유니터리 수신기 가중치 행렬(unitary receiver weight matrix)을 나타내며, S는 각각의 대각 요소가 특정의 통신 모드가 경험할 신호 진폭을 나타내는 대각 행렬을 나타낸다. 이와 같이, MxN 채널 H에 대해, 대각 행렬 S는 크기가 MxN일 것이다. 환언하면, 이 채널을 통해 전송될 수 있는 독립 채널들의 수가

에 의해 제한을 받는다. 채널 H가 랭크 부족(rank-deficient)인 경우, S의 요소들 중 일부가 0일 것이고, 이는 이용가능한 데이터 스트림들의 수를 추가로 제한할 것이다. 잡음에 의해 제한되는(noise-limited) 시나리오에서, 채널의 총 용량 R은, 수학식 5에 의해 주어지는 상이한 수신기 라디오 체인(receiver radio chain)들에 걸쳐 똑같고 독립적인 잡음 레벨

를 가정할 때, 각각의 서브스트림에 대한 Shannon 용량의 합인 것으로 알려져 있고:

여기서

은 제n 데이터 스트림에 할당되는 전력을 나타내고

는 대역폭을 나타낸다.

일반적으로, SVD를 구하고 이용하는 것은 송신기 노드(100)에서 채널을 완전히 아는 것을 필요로 하고, 이는 실제 상황에서 달성하려면 많은 대가를 치러야 하는 일이다. 상세하게는, 모든 채널 계수들 h_nm의 완전 피드백(full feedback)은 엄청난 양의 역방향 링크 용량(reverse link capacity)을 필요로 할 수 있고, h_nm이 시간에 따라 변하거나(time-variant) 주파수에 따라 변하고(frequency variant) 숫자 N 및/또는 M이 클 때 특히 그렇다. 따라서, 상이한 덜 복잡한 방식들이 고안되었다. 하나의 이러한 방식은, 폐루프 프리코딩(closed-loop pre-coding)이라고 알려진, 이전의 합의된 코드북에 기초한 선호된 프리코더의 양자화된 피드백에 의존한다. 폐루프 프리코딩은 3GPP UMTS 및 3GPP LTE(이들로 제한되지 않음)를 비롯한 표준들의 일부이다. 폐루프 코드북(closed-loop codebook)은 각각의 랭크에 대한(예컨대, 전송될 각각의 수의 데이터 스트림들에 대한) 유한개의 이용가능한 프리코딩 행렬

로 이루어져 있다. 수신기 노드(210)는 임의의 공지된 기법을 사용하여, 전형적으로 송신 안테나들(112) 각각으로부터 전송되는 참조 심벌들 또는 파일럿들은 물론, 잡음 및 간섭 레벨을 사용하여, 채널 H를 추정한다. 그 다음에, 수신기 노드(200)는 모든 가능한 프리코딩 행렬들을 평가하고, 이용가능한 라디오 자원들을 최상으로 이용하게 될 프리코딩 행렬 - 추정된 SNR 또는 SINR이 주어진 경우, 전형적으로 가장 높은 데이터 레이트 처리율(data rate throughput)을 가져오는 랭크 및 프리코더임 - 을 탐색한다. 이것이 발견되면, 수신기 노드(200)는 수신기 노드의 선호 사항을 알려주기 위해, 전형적으로 랭크 지시자(Rank Indicator)(RI) 및 프리코딩 행렬 지시자(pre-coding matrix indicator)(PMI)를 사용하여, 원하는 랭크 및 프리코더를 역방향 링크를 통해 송신기 노드(100)에 신호한다. 그에 부가하여, 수신기 노드(200)는, 송신기 노드(100)가 코딩 및 변조 방식(coding and modulation scheme)을 최적으로 조절할 수 있게 하기 위해 - 링크 적응(link adaptation)이라고 알려진 프로세스임 -, 선택된 프리코더로 경험할 것으로 예상하는 인지된 채널 품질을 채널 품질 지시자(Channel Quality Indicator)(CQI)를 사용하여 다시 신호할 수 있다. 송신기 노드(100)는, 어떤 경우들에서, 수신기 노드(200)가 알려준 선호된 프리코딩을 사용할 필요가 있을 수 있다. 다른 경우들에서, 송신기 노드(100)는, 예컨대, 수신기 노드(200)가 알지 못하는 상황[예컨대, 부가의 수신기의 존재, 스케줄링 우선순위, 비충만 데이터 버퍼(non-full data buffer), 기타]으로 인해, 추천을 임의대로 무시할 수 있다. 가능하긴 하지만, CQI 피드백이 수신기의 선호된 프리코더에 기초하여 발생되었기 때문에, 이러한 무시는 CQI 피드백을 쓸모없게 만들 수 있고, 이는 전형적으로 링크 적응을 더욱 어렵게 만든다. 동일한 무선 통신 표준에 포함된 다른 MIMO 방식은 소위 개루프 프리코딩(open-loop pre-coding)이다. 이 방식에서, 채널 또는 선호된 프리코더 정보가 송신기 노드(100)로 피드백되지 않지만, CQI 및 랭크 피드백이 여전히 사용된다. 그 대신에, 송신기 노드(100)는 전형적으로 고정된 프리코더 또는 시간 및/또는 주파수에서 순환적으로 변하는 프리코더를 갖는 정보를 송신할 것이다. 그에 부가하여, 다수의 데이터 스트림들이 송신될 때, 모든 데이터 스트림들에 대해 동일한 채널 품질을 제공하기 위해 프리코더들이 보통 혼합되어 있다. 개루프 프리코딩은 폐루프 프리코딩과 비교하여 차선적이다. 그렇지만, 높은 신호대 잡음비에서는, 둘 간의 차이가 감소한다. 상세하게는, 폐루프 방식은 본질적으로 수신기 노드(200)에서의 양호한 데이터 스트림 분리 및 높은 스트림당 SNR을 가져오는 양호한 프리코더를 찾아낼 것인 반면, 개루프 방식은, 그 대신에, 충분히 양호한 프리코더를 사용할 높은 확률 및 수신기 노드(200)가 스트림들을 분리시키는 능력에 의존한다. 폐루프 방식은 비-최적 프리코더가 얻어지게 할 수 있는, 잡음 있는 채널 추정치에 민감하다. 또한, 보고된 프리코더는 송신기 노드(100)가 실제의 전송을 위해 그를 사용할 때 쯤이면 오래된 것일 수 있다. 반면에, 개루프 방식은 다이버시티에 의존하고, 광범위한 상이한 프리코더들을 사용한다. 이와 같이, 개루프 방식은 최적은 아닐 것이지만, 잡음 및 타이밍 문제에 덜 민감하다.

시스템이 폐루프 또는 개루프 프리코딩 방식을 사용하는지에 관계없이, 수신기 노드(200)는 수신된 복합 신호를 처리하여, 데이터 스트림들 각각을 디코딩한다. 수학식 4로부터 명백한 바와 같이, 채널이 전형적으로 데이터 스트림들을 혼합시킬 것이기 때문에, 데이터 스트림들을 분리시키기 위해 신호 처리가 필요하다. 많은 상이한 MIMO 수신기 구조들이 기술 분야에 공지되어 있다. 대체로, 이들은 2가지 부류 - 선형 수신기 및 비선형 수신기 - 에 속한다. 선형 수신기의 동작은,

에 따라, 수신 신호 벡터 y에 대해 연산을 하는 선형 연산자에 의해 표현될 수 있고, 여기서

는 수신기 가중치 행렬을 나타낸다. 선형 수신기의 일례는, 가법 잡음 및 간섭의 존재 시에, 전송된 심벌과 추정된 심벌 사이의 평균 제곱 오차가 최소화되도록 가중치

를 선택하는 MMSE(minimum mean square error) 수신기이다. 잡음 또는 간섭이 존재하지 않는 경우에, MMSE 수신기는 제로 포싱(zero-forcing) 수신기와 동등하다. 비선형 수신기의 동작은 보다 복잡한 동작들(예컨대, 다단 동작)의 사용에 의존한다. 비선형 수신기의 일례는 ML(Maximum Likelihood) 수신기 또는 SIC(Successive Interference Cancellation) 수신기이다.

수신기 노드(200)가 데이터 스트림을 분리시키는 능력은 데이터 스트림 채널들 간의 직교성에 의존한다. 일반적으로, 분리가 완벽하지 않아, 각각의 스트림에 대한 달성가능한 SINR을 제한하는 스트림간 간섭을 야기할 것이다. 데이터 스트림 채널들이 서로 비슷할수록, 분리가 어려워, 각각의 서브스트림(sub-stream)에 대한 유효 SINR이 보다 낮아질 것이다. 채널 유사성은 종종 교차 상관에 의해 표현되지만, 대안의 척도는 특이값 확산이다. 예를 들어, 2개의 채널 계수 h₁ 및 h₂의 교차 상관 계수는, 수학식 6에 의해 정의될 수 있고:

전형적으로 샘플 교차 상관(sample cross correlation)에 의해 추정되며:

여기서

및

는 채널 h₁ 및 h₂의 (전형적으로 잡음 있는) 채널 추정치들의 시퀀스를 나타낸다. 특이값 확산은 (채널 H로부터 도출되는) 특이값 행렬 S로부터 도출된다. 이 확산의 간단한 척도는 가장 큰 특이값과 가장 작은 특이값의 비(예컨대,

)이다. 채널 행렬 H의 요소들 간의 큰 상관은 큰 특이값 확산과, 그에 따라 어려운 수신기 문제를 암시한다.

다수의 스트림들이 전송되는 경우에, 데이터 스트림당 전력(power per data stream)은 보다 적은 수의 또는 단일의 데이터 스트림이 전송되는 경우보다 더 낮을 것이다. 따라서, 성공적인 링크 적응은 전송할 최적의 데이터 스트림 수 그리고 또한 각각의 데이터 스트림을 위해 사용할 전력을 찾아내는 것을 필요로 한다. 이 최적은 SNR 의존적일 것이다. 낮은 SNR에서는, 모든 전력을 하나의 데이터 스트림에 할당하는 것이 전형적으로 더 낫지만, 보다 높은 SNR에서는, 높은 차수의 변조 및 코딩을 가능하게 하기 위해 충분히 높은 스트림당 SNR을 여전히 유지하면서 이용가능한 송신 전력이 데이터 스트림들에 걸쳐 똑같이 공유될 수 있다. 간섭, 위상 잡음, 및 동적 범위 제한이 없는 경우, 최적의 스트림당 전력 할당이, 특정의 임계치를 초과하는 SNR을 가지는 그러한 스트림들에 대해서만, 스트림당 SNR에 비례하여 전력이 할당되는 "워터 필링(water filling)" 해결책에 의해 주어지는 것으로 밝혀졌다. 그렇지만, 기존의 셀룰러 표준들은 송신 전력을 데이터 스트림들에 걸쳐 똑같이 공유하는 경향이 있다. 수학식 5에서 보는 바와 같이, 열악한 조건(약한 s_n)을 갖는 데이터 스트림들은 log₂ 표현식으로 인해 양호한 조건(강한 s_n)을 갖는 데이터 스트림들만큼 총 처리율(total throughput)에 기여하지 않을 것이다. 따라서, SNR 또는 SINR이 높고 무선 채널이 풍부한 산란(예컨대, 낮은 상관 또는 작은 특이값 확산)을 경험할 때 MIMO 통신을 위한 최상의 조건이 발생한다.

셀룰러 통신 시스템에서, 상이한 셀들에 있는(또는 심지어 동일한 셀에 있는) 다수의 송신기들 및 수신기들이 동일한 무선 자원(예컨대, 시간 슬롯 및/또는 주파수 대역)을 재사용하는 경우, 전송들 간에 간섭이 있을 것이다. 그에 부가하여, 수신기 노드(200)가 송신기 노드(100)로부터 멀수록 그리고 직접 라디오 경로(direct radio path)를 차단하는 그들 사이의 장애물들이 많을수록, 수신 신호가 약할 것이다. 따라서, 원하는 송신기-수신기 쌍 사이에 LOS(line of sight) 경로가 있고 간섭측 송신기에 대한 LOS 경로가 없을 때 신호 레벨이 가장 높은 경향이 있다.

그렇지만, LOS 경로 및 다른 경로들을 이용하는 데이터 스트림의 채널 이득이 상당히 다른데, 그 이유는, 도 2에 도시된 바와 같이, 산란된 경로가 훨씬 더 약하기 때문이다. 산란된 경로를 강한 LOS 경로와 함께 이용하기 위해, 수신기 노드(200)는 (50 내지 60 dB 정도의) 아주 큰 동적 범위 - 대부분의 실제 경우에, 가능하지 않음 - 를 필요로 한다. MIMO에 대한 유익한 채널 조건들은 따라서 어느 정도까지는 상호 배타적인데, 그 이유는 가장 높은 SNR 또는 SINR 조건이 가장 낮게 경험되는 채널 풍부성과 동시에 일어나고, 그리고 그 반대이기 때문이다. 예컨대, 직교 편파 안테나(orthogonally polarized antenna)에 의해 스트림을 전송 및 수신하는 것에 의해, 심지어 우세 LOS 경로 신호의 존재 시에도 양호한 서브채널 분리(sub-channel isolation)를 유지하기 위해 안테나 편파(antenna polarization)를 이용하는 것이 가능하다. 그렇지만, 이 능력은 평면파(plane wave)에 대해 가능한 2개의 편파로 한정된다.

그에 부가하여, 다양한 송신기 및 수신기 결함은 채널 풍부성 및 스트림간 간섭의 문제를 더욱 악화시킬 것이다. 예를 들어, 송신기 노드(100)에서의 비선형성은 전송 심벌(transmitted symbol)의 전력 의존적 오류 마루(error floor)를 야기할 수 있다. 이 오류는 통상적으로 복소 변조 심벌(complex modulation symbol)의 오류를 그 심벌의 진폭으로 나눈 것으로서 정의되는 EVM(Error Vector Magnitude)에 의해 특성화된다. EVM의 전형적인 원인은 열 및 위상 잡음, D/A(Digital-to-Analog) 변환기의 동적 범위, 전송 신호의 디지털 표현에서의 양자화 오차, 및 전력 증폭기에서의 포화 또는 클리핑(clipping)을 포함한다. 이와 유사하게, 수신기 노드(200)는 또한 수신기 EVM에 의해 특성화될 수 있는 다양한 결함들을 겪을 수 있다. 송신기 노드(100) 및/또는 수신기 노드(200)에서의 EVM은 보다 고가의 고품질 부품 및 복잡한 회로를 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다. 그렇지만, 상업적 및 대량 판매 통신 장비에서의 비용-이득 절충으로 인해 EVM 값이 보통 기껏해야 약 3% 또는 -30 dB으로 된다. 그 결과, 수신기가 그의 채널 추정치에 대해 경험하는 SNR은 상한이 ~30 dB일 것이다. 큰 특이값 확산 또는 데이터 스트림 진폭 확산은 잠재적인 MIMO 데이터 스트림들 중 약한 쪽의 일부가 낮은 또는 마이너스(단위: dB) 추정 SNR(estimated SNR)로 되어 버리게 할 것이다. 수신기 노드(200)가 처리율를 최적화하려고 시도할 때, 수신기 노드(200)는, 처리율이 거의 또는 전혀 예상되지 않는 스트림들에 전력을 낭비하는 것을 피하고, 그 대신에 SNR 이득이 보다 큰 처리율 이득으로 될 보다 강한 데이터 스트림들의 전력을 증가시키기 위해, 아마도 하위 랭크 전송을 요청할 것이다. 보다 약한 데이터 스트림들에 대한 채널 추정치가 잡음이 많을 것이라는 사실은 또한 MIMO 수신기 노드(200)가 스트림간 간섭을 억제할 수 있는 능력에 대해 영향을 미치고, 이는 많은 스트림들의 사용을 추가적으로 단념시킨다.

도 3은 모든 데이터 스트림들에 똑같은 전력이 할당될 때 -30 dB의 레벨에서의 승법 잡음(예컨대, 신호 강도에 의존하는 잡음, 예컨대, 위상 잡음)의 효과를 나타내고 있다. 도 3a는 수신기 노드(200)만이 승법 잡음에 의해 제한되어 있을 때 적용된다. 도 3b는 송신기 노드(100)만이 승법 잡음에 의해 제한되어 있을 때 적용된다. 도 3c는 송신기 노드(100) 및 수신기 노드(200)가 똑같이 승법 잡음에 의해 제한되어 있을 때 적용된다. Ricean K 값(즉, 비-LOS 경로에서의 전력에 대한 LOS 경로에서의 전력의 비)이 MMSE 수신기 및 이상적인 SIC(successive interference cancellation) 수신기에 대해, 각각, 10 dB 및 25 dB 초과일 때, 50% 이상의 성능 열화가 일어날 것이다. 이러한 수준의 열화는 고차 MIMO 전송 방식을 사용하는 실제 네트워크에서 일어날 수 있는데, 그 이유는 10 dB 이상 정도의 K 값이 LOS 조건으로 인한 것일 수 있기 때문이다. 주목할 점은, 가법 잡음이 이 경우에 승법 잡음보다 훨씬 아래에 있고, 따라서 처리율이 승법 잡음에 의해 제한되는다는 것이다. 더욱이, 승법 잡음이 송신기 노드(100)에서만 일어나는 경우에, 이상적인 SIC 수신기에 대해 어떤 열화도 관찰되지 않는다.

보다 적은 수의 MIMO 데이터 스트림의 사용으로 인해 무선 연결을 통한 피크 데이터 레이트가 보다 낮아지는데, 그 이유는 데이터 스트림당 데이터 레이트가 전형적으로 장비 및 표준이 준비되어 있는 가장 높은 변조 및 코딩 방식에 의해 제한되기 때문이다. 이 효과는, 전형적으로 송신기 노드(100)와 수신기 노드(200) 사이에 LOS 조건이 존재하는 상황에서, 배치된 시스템들에서 관찰되었다. 열화가 아주 클 수 있으며; 처리율이 비-LOS(NLOS) 조건과 비교하여 2배 또는 심지어 3배만큼 떨어질 수 있다. 예로는 단말이 도로 코너에서 LOS 경로 내로 들어가는 상황이 있으며; 따라서, 그 효과가 아주 순식간일 수 있다. MIMO 링크에 있는 송신 및 수신 안테나들의 수가 많을수록 문제가 증가한다. LTE 릴리스 10 및 IEEE 802.11ac 둘 다가 최근에 8x8 MIMO 구성까지 표준화하였기 때문에, 8-안테나 제품이 이용가능하게 될 때 문제가 훨씬 더 명백하게 될 것으로 예상된다.

도 4는 MIMO 처리율이 승법 잡음에 의해 제한될 때 MIMO 송신기 노드(100)와 MIMO 수신기 노드(200) 사이의 처리율 조건을 개선시키기 위해 사용될 수 있는 예시적인 방법(300)을 나타내고 있다. 처리율이 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로 결정될 때[블록(310)], 하나 이상의 안테나들(112, 212)이 우세 신호 경로에 대한 이득을 감소시키도록 재구성된다[블록(320)]. 몇개의 안테나들(112, 212)을 이러한 방식으로 재구성하는 것은 약한 NLOS 신호 성분이 우세 LOS 신호 성분에 의해 은폐되는 것을 방지한다. 보다 상세하게는, 안테나들 중 하나 이상이 MIMO 송신기 노드(100)와 MIMO 수신기 노드(200) 사이의 우세 신호 경로에 대한 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 재구성된 안테나들 각각의 방사 패턴을 재지향시키도록 재구성된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 하나의 안테나(112, 212)만이 우세 신호 경로 방향(예컨대, LOS 방향)으로부터 신호를 수신하도록 안테나 어레이(110, 210)가 재구성될 수 있는 반면, 나머지 안테나들(112, 212)은 우세 신호 경로의 방향으로부터 멀어지는 쪽으로 자신들을 조정(steer)하도록 재구성된다(도 5). 다른 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 안테나들은 안테나들 전부의 안테나 이득을 우세 신호 경로(예컨대, LOS 신호 경로)로부터 멀어지는 쪽으로 조정하는 것에 의해 재구성될 수 있다(도 6). 이들 실시예에 관한 추가 상세는 본 명세서에서 추가로 논의된다.

도 7은 도 4의 방법을 구현하도록 구성된 예시적인 MIMO 노드(100, 200)를 나타내고 있다. 도 1에 도시된 안테나 어레이(110, 210)에 부가하여, MIMO 노드(100)는 잡음 처리기(120), 안테나 구성 유닛(130), 송수신기(140), 선택적인 경로 유닛(150), 및 메모리(160)를 포함한다. 잡음 처리기(120)는 승법 잡음이 MIMO 처리율 조건을 제한하는지를 결정하도록 구성되어 있다. 안테나 구성 유닛(130)은 MIMO 송신기 노드(100)와 MIMO 수신기 노드(200) 사이의 우세 신호 경로에 대한 재구성된 안테나들(112, 212)의 이득을 감소시키기 위해 재구성된 안테나들(112, 212) 각각의 방사 패턴을 재지향시키도록 안테나(들)(112, 212)를 재구성하도록 구성되어 있다. 메모리(160)는 노드(100, 200)의 동작에 유용한 임의의 정보를 저장하도록 구성되어 있다. 본 명세서에 개시된 안테나 재구성이 송신기 노드(100), 수신기 노드(200), 또는 송신기 및 수신기 노드들(100, 200) 둘 다에 의해 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

안테나들(112, 212)은 위상 시프터(116), 모터(118), 및/또는 스위치(119)를 사용하는 것을 비롯한, 임의의 공지된 수단을 사용하여 재구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적인 실시예에서, 안테나 어레이(110, 210)는 각각의 안테나(112, 212)의 하나의 안테나 요소에 결합되어 동작하는 위상 시프터(116)를 포함한다(도 5 및 도 6을 참조). 이 실시예에서, 안테나 구성 유닛(130)은 원하는 방사 패턴을 달성하기 위해 재구성된 안테나들(112, 212)의 위상 시프터들(116)을 제어하는 것에 의해 안테나들(112, 212)을 재구성한다. 다른 대안으로서 또는 그에 부가하여, 안테나 어레이(110, 210)는 안테나들(112, 212) 각각에 대한 모터(118)를 포함할 수 있고, 여기서 안테나 구성 유닛(130)은 원하는 방사 패턴을 달성하기 위해 재구성된 안테나들(112, 212)의 모터들(118)을 제어하는 것에 의해 안테나들(112, 212)을 재구성한다. 또 다른 실시예에서, 각각의 안테나(112, 212)는 기생 안테나 요소(parasitic antenna element), 활성 안테나 요소(active antenna element), 그리고 기생 및 활성 안테나 요소들에 결합된 스위치(119)를 포함할 수 있고, 여기서 안테나 구성 유닛(130)은 원하는 방사 패턴을 달성하기 위해 활성 안테나 요소와 기생 안테나 요소 간에 전기적으로 또는 기계적으로 스위칭하도록 스위치들(119)을 제어한다.

하나의 예시적인 실시예에서, 안테나 구성 유닛(130)은, 나머지 안테나들(112, 212)이 LOS 방향으로부터의 신호를 억제하면서 NLOS 방향들로부터의 신호들을 수신하도록 나머지 안테나들(112, 212)을 LOS 방향으로부터 멀어지는 쪽으로 조정하면서, 제1 안테나(112, 212)가 LOS 방향에서 신호를 수신하도록, 안테나(들)(112, 212)를 재구성한다. 안테나 어레이(110, 210)가 이중 편파 재구성가능 안테나(dual polarization reconfigurable antenna)들(112, 212) - 각각이 이중 편파된 안테나 요소들을 가짐 - 을 포함할 때, 각각의 편파에 대한 하나의 재구성가능 안테나가 LOS 방향 쪽으로 지향(direct)될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 어느 경우든지, 안테나 구성 유닛(130)은, 나머지 안테나들(112, 212)을 LOS 방향에 대한 이득을 감소시키도록 재구성하면서, "LOS" 안테나(112, 212)를 LOS 방향에 대한 LOS 안테나(112, 212)의 이득을 증가시키도록 구성한다. 이러한 구성은 이전에 은폐된 NLOS 경로들과 연관된 데이터 스트림들을 드러나게 한다. 게다가, LOS 방향에 대해 구성된 적어도 하나의 안테나(112, 212)를 유지하는 것에 의해, LOS 신호 경로가 데이터 전송을 위해 여전히 사용될 수 있다.

도 5는 몇개의 안테나들(112, 212)을 LOS 방향을 위해 구성하는 실시예에 대한 하나의 예시적인 구현예를 나타내고 있다. 이 실시예에서, 각각의 안테나(112, 212)는 2개의 안테나 요소 및 위상 시프터(116)를 갖는 배전망(distribution network)을 포함한다. 3개 이상의 안테나 및 2개 이상의 위상 시프터(116)가 사용될 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 위상 시프터(116)를 제어하는 것에 의해, 안테나 구성 유닛(130)은, 안테나들(112, 212) 중 하나를 제외한 전부에 대해 방사 패턴의 이득이 LOS 방향에서 아주 낮게 되도록, 재구성된 안테나들(112, 212)의 방사 패턴을 변경한다. 이러한 구성은 NLOS 신호들이 강한 LOS 신호들에 의해 은폐되는 것을 방지하고, 이로 인해 MIMO 채널 행렬에 대한 랭크가 더 높아지고, 그로써 MIMO 처리율을 개선시킨다. 모터, 스위치, 또는 기타 안테나 구성 기법들의 사용을 통해 유사한 결과들이 달성될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

다른 예시적인 실시예에서, 안테나 구성 유닛(130)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 안테나들(112, 212) 전부의 안테나 이득을 LOS 방향으로부터 멀어지는 쪽으로 조정하도록 안테나(들)(112, 212)를 재구성한다. 그 결과, NLOS 신호 경로들을 따라 진행하는 신호들이 LOS 신호 경로를 따라 진행하는 강한 신호들에 의해 더 이상 은폐되지 않고, 보다 많은 데이터 스트림들이 전송 신호로 다중화될 수 있게 한다(예컨대, 보다 높은 N). 이 실시예는 송신기 노드(100) 및 수신기 노드(200) 둘 다에서 사용될 수 있다. 게다가, 하나 이상의 송신기 노드들(100)과 하나 이상의 수신기 노드들(200) 사이에 다수의 우세 신호 경로들이 있는 경우, 이 실시예는 이전에 은폐된 NLOS 신호(들)를 드러나게 하기 위해 LOS 방향들 전부에서 재구성된 안테나들(112, 212)의 이득을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 구성은 승법 잡음에 의해 제한되는 MIMO 조건을 제거하고, 그로써 달성가능한 MIMO 처리율을 증가시킨다. 이 실시예가 대안적으로 모터(118), 스위치(119), 또는 기타 안테나 구성 기법들을 사용하여 구현될 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

안테나 구성 유닛(130)은 임의의 수의 기법들에 기초하여 안테나들(112, 212)을 어떻게 재구성할지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 안테나 구성 유닛(130)은 측정된 MIMO 동작 파라미터에 기초하여, 예컨대, 미리 결정된 패턴에 따라 안테나 어레이 구성을 반복하여 변경하고 각각의 반복적 변경에 대해 MIMO 동작 파라미터를 평가하는 것에 의해, 상이한 안테나 어레이 구성들을 평가할 수 있다. 이어서, 안테나 구성 유닛(130)은 최상의 MIMO 동작 파라미터를 제공하는 안테나 어레이 구성을 선택한다. 이 예에서, 안테나 구성 유닛(130)은 선택된 안테나 어레이 구성에 따라 안테나(들)를 재구성한다. 다른 예에서, 안테나 구성 유닛(130)은 원격 보고 노드[예컨대, 수신기 노드(200) 또는 다른 원격 네트워크 노드]로부터 수신되는 안테나 구성 보고에 기초하여 안테나(들)(112, 212)를 재구성한다.

다시 도 5를 참조하면, 재구성 동작을 용이하게 하기 위해, MIMO 노드(100, 200)는 송신기 노드(100)와 수신기 노드(200) 사이의 LOS 경로를 식별하도록 구성된 경로 유닛(150)을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 경로 유닛(150)은 원격 노드[예컨대, 수신기 노드(200) 또는 다른 원격 네트워크 노드]로부터 수신되는 우세 신호 경로 정보에 기초하여 LOS 경로를 식별한다. 다른 실시예에서, 예시적인 경로 유닛(150)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 프로세서(152) 및 선택적인 DOA(direction of arrival) 유닛(154)을 포함한다. DOA 유닛(154)은 송수신기(140)에 의해 수신되는 2개 이상의 수신 신호들 각각에 대해, 수신 신호들에 포함된 참조 신호들에 기초하여, DOA를 추정하도록 구성되어 있다. 예를 들어, DOA는 수신된 셀 특정 참조 신호들 또는 채널 상태 정보 참조 신호들을 처리하는 것에 의해 디지털 영역에서 결정될 수 있다. 프로세서(152)는 추정된 DOA들에 기초하여 LOS 경로를 식별하도록 구성되어 있다.

다른 예시적인 실시예에 따르면, 경로 유닛(150)은 선택적인 전력 유닛(156) 및 프로세서(152)를 포함하고, 여기서 전력 유닛(156)은 안테나들(112, 212) 각각과 연관된 전력을 결정하도록 구성되어 있다. 프로세서(152)는 결정된 전력들 간의 상대적 비교에 기초하여 LOS 경로를 식별하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건을 가지는 무선 링크들에 대해, B개의 데이터 스트림들 또는 프리코더들 중 어느 것이 가장 높은 수신 전력을 제공하는지를 아는 것이 관심사인데, 그 이유는 이 데이터 스트림과 연관된 전력 및 승법 잡음이 보다 약한 데이터 스트림들에 대한 열화를 야기하기 때문이다. 동일 편파 안테나(co-polarized antenna)들을 갖는 LOS 링크에 대한 것과 같은 일부 상황들에서, 하나의 우세 프리코더 및 데이터 스트림에 대응하는 단일의 우세 경로가 있을 수 있다. 다른 상황들에서, 예컨대, 이중 편파 안테나를 갖는 LOS 링크에, 유사한 전력의 2개 이상의 우세 경로/데이터 스트림이 있을 수 있다.

전력 유닛(156)은 수학식 8에 따라 데이터 스트림당 전력을 결정할 수 있고:

여기서

는 제j 프리코더 가중치 벡터를 나타낸다. 이 전력은 모든 가능한 프리코더 벡터들에 대해 또는 선호된 또는 추천된 프리코더 벡터들에 대응하는 그 프리코더 벡터들에 대해서만 결정될 수 있다(그 수는 선호된 또는 추천된 랭크에 의존함). 제한된 채널 상태 정보를 갖는 MIMO 노드(100, 200)[예컨대, FDD 시스템에서의 송신기 노드(100)]는, 그 대신에, 우세 프리코더를 결정하기 위해 PMI 및 CQI 피드백을 이용할 수 있다. 어떤 경우들에서, CQI 값들이 대응하는 프리코더들에 직접 결합되는 반면, 다른 경우들에서, 하나의 CQI 값이 다수의 데이터 스트림들에 매핑되는 코드워드에 결합된다. 추정된 SNR(또는 전력)을 나타내는 CQI 값은, 따라서, 하나의 프리코더를 일의적으로 식별할 수 있거나, 2개 이상의 프리코더의 합을 식별할 수 있다. 어느 경우든 유익한 정보를 제공한다. 마지막으로, 제한된 채널 상태 정보를 갖는 MIMO 노드(100, 200)[예컨대, FDD 시스템에서의 송신기 노드(100)]는 또한, 어느 방향 또는 프리코더가 수신기 노드(200)에서 가장 높은 수신 전력을 제공할 것인지를 결정하기 위해, 역방향 링크에서 측정된 2차 채널 통계(second order channel statistics)(기술 분야에 공지된 다양한 방법들을 통한 안테나 상관 또는 방향 추정 등)를 이용할 수 있다.

본 명세서에서 논의된 바와 같이, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한할 때 - 즉, 예컨대, 수신기 노드(200)의 채널 추정치에서 수신기 노드(200)가 경험하는 수신(또는 전송) 신호 전력에 비례하거나 그에 의존하는 잡음이 우세할 때 -, 안테나들(112, 212) 중 하나 이상이 재구성된다. 이와 같이, 이러한 조건 하에서, 보다 약한 신호 경로들(예컨대, 보다 약한 채널 고유값들)에 대응하는 전력을 유지하면서 가장 강한 신호 경로들(예컨대, 가장 강한 채널 고유값들)에 대응하는 수신/전송 신호 전력을 감소시키면, 효과적으로 보다 약한 신호 경로들에서의 승법 잡음이 상당히 감소된다. 이러한 이유는 가장 강한 신호 경로들로부터의 크로스토크가 감소되고, 이는 결국 데이터 스트림당 SNR/SINR 그리고 이어서 무선 MIMO 채널을 통한 처리율을 개선시키기 때문이다. 반면에, 열 잡음 및 간섭이 승법 잡음보다 더 강한 경우, 이러한 개선이 가능하지 않은데, 그 이유는 수신(또는 전송) 신호 전력의 임의의 감소가 모든 데이터 스트림들에 대한 SNR 또는 SINR 레벨을 열화시키기만 할 것이기 때문이다.

본 명세서에 개시된 안테나 재구성은 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지를 아는 것에 의존하기 때문에, 승법 잡음이 처리율를 제한할 때를 검출하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 또한 유익하다. 승법 잡음

는 수학식 9일 때 처리율 조건을 제한하고:

여기서 P_sig는 신호 전력을 나타내고,

은 열 잡음 전력을 나타내며, I는 간섭 전력을 나타낸다. 승법 잡음 N_π는 수학식 10에 따라 송신기 노드(100)에서의 승법 잡음

과 수신기 노드(200)에서의 승법 잡음

의 결합으로서 표현될 수 있다:

승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지의 결정은 안테나들(112, 212)을 재구성하는 MIMO 노드(100, 200)에서, 또는 재구성측 MIMO 노드(100, 200)로부터 원격지에 있는 네트워크 노드 - 이 네트워크 노드는 차후에 정량적 또는 정성적 승법 잡음 평가를 재구성측 MIMO 노드(100, 200)로 송신함 - 에서 행해질 수 있다. 게다가, 승법 잡음 결정이 우세 경로 결정과 함께 그리고 안테나 재구성과 별개로(예컨대, 안테나 재구성과 별개의 노드에서) 행해질 수 있다. 이 시나리오에서, 승법 잡음 결정 및/또는 우세 경로 결정이 재구성측 노드에 보고된다. 예를 들어, 잡음 처리기(120)는 승법 잡음 결정을 보고할 수 있고, 경로 유닛(150)은 우세 경로 결정을 보고할 수 있다.

도 9는, 도 10에 도시된 바와 같이, 파라미터 유닛(122) 및 특성화 유닛(characterization unit)(128)을 포함하는 잡음 처리기(120)에 의해 실행되는 것과 같이, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지를 결정하는 예시적인 방법(400)을 나타내고 있다. 잡음 처리기(120)가 송신기 노드(100), 수신기 노드(200), 또는 무선 네트워크 내의 다른 노드의 일부일 수 있다는 것을 잘 알 것이다.

파라미터 유닛(122)은 신호 품질 파라미터 및/또는 MIMO 활용 파라미터에 기초하여 처리율 조건을 평가한다[블록(410)]. 특성화 유닛(128)은 평가된 처리율 조건에 기초하여 MIMO 처리율 조건을 특성화하는 승법 잡음 평가

를 발생시킨다[블록(420)]. 일부 실시예들에서, 승법 잡음 평가는 정성적 정보(예컨대, 간단한 "예" 또는 "아니오" 표시)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 승법 잡음 평가는 승법 잡음의 정성적 평가를 제공하는 정량적 정보(예컨대, 승법 잡음이 가법 잡음보다 얼마나 우세한가)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 하나의 실시예에서, 파라미터 유닛(122)은, 예컨대, 특정의 셀, 모바일 디바이스, 위치 등에 대해 승법 잡음에 의해 제한되는 조건이 이전에 존재했는지에 관해, 과거의 관찰 기록들(past observations)을 평가하는 것에 의해 처리율 조건을 평가할 수 있다. 이러한 과거의 관찰 기록들은, 예를 들어, 메모리(129)에 저장될 수 있다. 다른 실시예에서, 파라미터 유닛(122)은 신호 품질 유닛(124) 및 MIMO 활용 유닛(126)을 포함한다. 신호 품질 유닛(124)은 2개의 네트워크 노드 사이에서 전달되는 신호들과 연관된 신호 품질 파라미터를 평가하는 것에 의해 처리율 조건을 평가하도록 구성되어 있는 반면, MIMO 활용 유닛(126)은 전달되는 신호들과 연관된 MIMO 동작 파라미터를 평가하는 것에 의해 처리율 조건을 평가하도록 구성되어 있다. 예시적인 신호 품질 파라미터는 신호 전력, SNR, SINR, CQI 보고 등(이들로 제한되지 않음)을 포함한다. 신호 품질 유닛(124)은 수신기 노드(200)의 동작 동안 참조 심벌, 트레이닝 시퀀스(training sequence), 또는 파일럿 신호, 및/또는 열 잡음 레벨의 사전 지식을 사용하여 SNR 및/또는 SINR 값을 추정할 수 있다. 신호 전력 및 간섭 레벨이 공지된 기법들을 사용하여 직접 측정될 수 있거나, 역방향 링크에서의 측정 또는 예측으로부터 추론될 수 있을 것이다. 전형적으로, SNR 또는 (SINR) 추정치

는, 예컨대, 다음과 같이, 가법 잡음

및 승법 잡음 N_π를 비롯한 모든 잡음(및 간섭) 원으로부터의 기여분들(contributions)을 포함할 것이다:

예시적인 MIMO 동작 파라미터는 처리율, 랭크 지시자(RI), 채널 품질 지시자(CQI) 등(이들로 제한되지 않음)을 포함한다. 이하에서는 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지를 결정하는 상이한 방식들의 다수의 예를 제공한다. 청구된 발명이 이들 구체적인 예로 제한되지 않는다는 것을 잘 알 것이다.

제1 예시적인 실시예에서, 특성화 유닛(128)은 승법 잡음 N_Π를 신호 품질 유닛(124)에 의해 추정된 SNR 또는 SINR 값

와 비교한다. 승법 잡음 N_Π가, 예컨대, 라디오 장비의 설계 또는 규격으로부터, 사전에 알려져 있을 수 있거나, 제조 동안 특성화되고 대응하는 네트워크 디바이스에 프로그램되어 있을 수 있다. 대안적으로, N_Π가 높은 수신 신호 전력을 갖는 조건에서 직접 측정될 수 있다. 예를 들어, 일정 범위의 채널 및 간섭 조건들에 걸쳐 가장 높은 추정된 SNR 값은 전형적으로 승법 잡음의 양호한 추정치를 나타낸다. 어느 경우든지, 비교는 수신기 노드(200)의 잡음 처리기(120)에서, 송신기 노드(100)의 잡음 처리기(120)에서[수신기 노드(200)에 의해 제공되는 피드백 정보, 역방향 링크 측정을 사용하여, 또는 채널 상호성(channel reciprocity)을 이용하여], 또는 제3 네트워크 노드에서 수행될 수 있다. 필요한 경우, N_π 및 SNR/SINR 추정치가 비교를 수행하는 노드에서 이용가능하도록 하기 위해 기존의 또는 새로운 피드백 또는 시그널링 메커니즘이 필요할 수 있다.

어느 경우든지, 승법 잡음 파라미터

가

이하일 때, 수학식 9에 의해 나타낸 바와 같이, 처리율 조건이 승법 잡음에 의해 제한되는다. 대안적으로, 보다 낮은 임계치가 사용될 수 있다 - 예컨대,

가

의 어떤 미리 결정된 범위(예컨대, 3 dB) 내에 있는 경우, MIMO 처리율이 승법 잡음에 이해 제한될 가능성이 높다. 또 다른 대안에서, 수학식 11에 따른 승법 잡음의 효과를 포함하는

추정치가 수학식 12에 따라 보정될 수 있고:

여기서

은 가법 수신기 잡음에만 대응하는 보정된 추정치를 나타낸다. 이 경우에, 주목할 점은 수학식 13과 같이 된다는 것이다.

수학식 14인 경우, 이 표현식이 플러스라는 것은 명백하다.

환언하면,

이

의 3 dB 내에 있는 경우, 수학식 13의 표현식이 플러스이다. 따라서 수학식 14가 참일 때 승법 잡음은 처리율 조건을 제한한다.

앞서 살펴본 바와 같이, 이 예시적인 실시예에 대한 승법 잡음 평가는 단순히 정성적 예/아니오 표시를 포함할 수 있다. 대안적으로,

가

를 얼마나 초과하는지를 나타내는 것에 의해, 예컨대, 수학식 14의 결과를 특정의 수치 정밀도(numerical precision)로 표현하는 것에 의해, 승법 잡음 평가가 정량적일 수 있다. 이러한 정량적 정보는, N_Π-우세 조건을 변경하는 일 없이, 총 수신(전송) 전력이 얼마나 변경될 수 있는지에 대한 이해를 제공한다.

어떤 경우들에서, 채널 및 N_Π 추정치가 신뢰할 수 없거나 심지어 이용가능하지 않을 수 있다. 이들 경우에, 일반적으로 잡음 처리기(120), 상세하게는 MIMO 활용 유닛(126)은 승법 잡음이 MIMO 처리율 조건을 제한하는지를 간접적으로 유추하기 위해 보조 정보를 사용한다. N_Π-제한된 MIMO 링크와 비N_Π-제한된 MIMO 링크 사이의 주된 차이점이 후자만이 증가된 수신(전송) 전력 레벨로부터 이득을 본다는 것이기 때문에, 이 사실이 링크가 N_Π-제한되는지 여부를 결정하는 데 이용될 수 있다. 이와 같이, 하나의 예시적인 실시예의 MIMO 활용 유닛(126)은 적어도 2개의 상이한 전력 설정에 대해 적어도 하나의 MIMO 동작 파라미터(처리율, RI, CQI 등)를 측정한다. 특성화 유닛(128)은, 상이한 전력 설정들에 대한 측정된 MIMO 동작 파라미터들을 비교하는 것에 의해, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지 결정한다. 예를 들어, MIMO 활용 유닛(126)이 2개의 상이한 전력 설정

및

에서, 각각, 2개의 동작 파라미터

및

를 측정하는 것으로 가정하고, 여기서

이다.

과

가 실질적으로 같은 경우, 또는

인 경우, 특성화 유닛(128)은 승법 잡음이 처리율 조건을 제한함을 간접적으로 결정한다. 이 기법의 정확도를 최적화하기 위해, 특성화 유닛은, 변하는 채널 풍부성 또는 간섭으로 인한 잘못된 결론을 피하기 위해, 가능한 한 유사한 채널 및 간섭 조건 하에서 행해진

및

측정들을 비교해야만 한다. 이것을 달성하는 하나의 간단한 방법은 먼저 수신(또는 전송) 전력이

인 특정의 시간 슬롯에 대해

을 추정하고, 이어서 수신(또는 전송) 전력이

인 다른 시간 슬롯에 대해

를 추정하는 것이다. 대안적으로, 다른 주파수 자원들이 이용될 수 있거나, 심지어 시간 슬롯들과 주파수 슬롯들의 조합이 이용될 수 있다. 보다 일반적으로, 다수의 시간 및 주파수 슬롯들을 이용하는 것에 의해, 또는 종래 기술에 공지된 다이버시티 또는 코딩 기법들을 이용하는 것에 의해, 2개의 측정 간에 채널 및 간섭 변동이 대등하게 될 수 있다.

전력이 직접 또는 간접적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 전력이 아날로그 또는 디지털 방법을 사용하여 송신기에서 직접 변화될 수 있고, 여기서 전자는 감쇠기 또는 전력 증폭기 설정을 포함하는 반면, 후자는 전송될 신호의 디지털 표현을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 수신기에서, 수신기는 바람직하게는 아날로그 방법을 사용하여 전력을 직접 변화시키는데, 그 이유는 디지털 방법이 승법 잡음과 동일한 양만큼 가법 잡음을 감소시킬 수 있기 때문이다. 대안적으로, 다중 경로 페이딩으로 인해 자연스럽게 발생하는 전력 변동이 이용될 수 있다. 다중 경로 페이딩은 다수의 전파의 보강 및 상쇄 중첩(constructive and destructive superposition)으로 인해 시간 및/또는 주파수에서 채널 계수 h_nm을 변화시킨다. 따라서, 파라미터 유닛(122)은 전력이

또는

에 보다 가까운 시각(time instant) 또는 주파수 빈(frequency bin)을 식별할 수 있고, 여기서 특성화 유닛(128)은 이들 시각 또는 주파수 빈에 대한 측정들

과

를 비교한다. 그렇지만, 채널 풍부성이 또한 다중 경로 페이딩에 강하게 의존하기 때문에, 이러한 방법이 덜 정확할 것이다. 이 부정확성을 보상하기 위해, 다수의 관찰 기록들에 걸친 어떤 형태의 평균이 정확도를 향상시키기 위해 사용될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 잡음 처리기(120)는 신호 품질 파라미터들 및 MIMO 활용 파라미터들의 조합을 사용할 수 있다. 예를 들어, 낮은 MIMO 활용이 열악한 채널 풍부성 및/또는 N_Π-제한에 의해 야기될 수 있다. 그렇지만, 신호 품질 또는 전력이 높을수록, MIMO 활용이 가법 잡음 또는 간섭에 의해 제한될 가능성이 적다. 따라서, 높은 신호 전력 및 낮은 MIMO 활용의 결합은 승법 잡음에 의해 제한되는 조건의 강한 표시를 제공한다. 이와 같이, 이 제3 예시적인 실시예에서, MIMO 활용 유닛(126)은 MIMO 활용 측정치

를 특성화 유닛(128)에 제공하고, 신호 품질 유닛(124)은 신호 품질 측정치

를 특성화 유닛(128)에 제공한다. 특성화 유닛(128)은

와

를 결합시켜, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지를 결정한다. 예를 들어, 특성화 유닛(128)은,

이고

일 때, 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는 것으로 결정할 수 있고, 여기서

및

는 참조값들을 나타낸다. 일부 실시예들에서,

는 MIMO 활용 파라미터에 의존한다. 참조값들은 시뮬레이션으로부터 또는 제어된 조건 하에서의 측정으로부터 결정될 수 있다. 예를 들어,

가 선호된 랭크 RI인 반면

가 CQI일 때, 아주 높은

는 낮은 간섭 및 잡음 조건을 나타내는 반면, 낮은

는 낮은 MIMO 활용을 나타낸다. 이 경우에, 참조값들은, 예컨대,

를 사용하지 않은 시뮬레이션에서, 전형적인 채널 풍부성을 갖는 채널 조건에서 적절한 CQI 및 RI 값들일 수 있다. 네트워크 노드(100)가 동시에 존재하는

-제한된 조건의 직접 관찰 기록 및 간접 관찰 기록 둘 다를 사용하여 참조값들

및

를 교정(calibrate)할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 간접 관찰 기록만이 이용가능한 경우, 이들 조정된 참조값이 이어서 MIMO 통신의 이점을 위해 사용될 수 있다.

다른 예시적인 실시예에서, 잡음 처리기(120)는 현재의 송신기-수신기 링크가 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건의 영향을 받을 가능성이 있는지를 예측하기 위해 과거의 관찰 기록들을 사용할 수 있다. 과거의 관찰 기록들은 동일한 및/또는 상이한 송신기 또는 수신기 노드들(예컨대, 동일한 셀 영역 내의 상이한 단말들)에서의 측정들로부터 온 것일 수 있고, 관찰 기록은 본 명세서에 기술된 방법들 중 임의의 것에 의해 획득되었을 수 있다. 예를 들어, 다수의 무선 단말들이 특정 셀에서의 처리율 조건이 승법 잡음에 의해 제한되는다는 것을 끊임없이 보고하는 경우, 잡음 처리기(120)는 동일한 셀 내의 무선 단말들이 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건을 경험할 가능성이 있는 것으로 결론짓기 위해 이들 관찰 기록을 사용할 수 있다. 이와 유사하게, 특정의 브랜드 및/또는 유형의 무선 단말들이 특정의 수신 신호 강도 레벨에서 승법 잡음에 의해 제한되는 조건을 보고하는 경우, 잡음 처리기(120)는 다른 무선 단말들이 승법 잡음에 의해 제한되는 처리율 조건을 경험할 때를 예측하기 위해 이 정보를 사용할 수 있다. 게다가, 승법 잡음에 의해 제한되는 조건의 검출을 추가로 개선시키기 위해 위치 확인 정보가 사용될 수 있다. 예를 들어, 승법 잡음에 의해 제한되는 조건의 관찰 기록이, 기술 분야에 공지된 수많은 방법들(예컨대, GPS)을 통해 이용가능한 위치 확인 정보의 도움으로, 특정의 지리적 영역에 연계될 수 있다.

임의의 하나 이상의 네트워크 노드들이 여기에 개시된 다양한 동작들을 구현할 수 있다는 것을 잘 알 것이다. 예를 들어, 제1 네트워크 노드는 승법 잡음이 처리율 조건을 제한하는지를 결정할 수 있고, 동일한 또는 제2 네트워크 노드는 어느 프리코더에 의해 높은 수신 전력이 얻어지는지를 결정할 수 있으며, 동일한 또는 제3 네트워크 노드는 안테나들을 재구성할 수 있다. 2개 이상의 노드들이 관여될 때마다, 승법 잡음에 의해 제한되는 조건 및/또는 관련 프리코더에 관한 정보가, 직접 또는 하나 이상의 부가의 네트워크 노드들을 통해, 재구성측 노드로 전달된다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 실시예들의 상이한 양태들이 상이한 네트워크 노드들에서 구현될 수 있다. 따라서, 각각의 이러한 네트워크 노드는 또한, 필요에 따라, 다른 네트워크 노드들과 통신할 수 있어야만 한다.

물론, 본 발명은 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않고, 본 명세서에서 구체적으로 기술된 것과 다른 방식으로 수행될 수 있다. 본 실시예들은 모든 점에서 제한적이 아니라 예시적인 것으로 간주되어야 하고, 첨부된 청구범위의 의미 및 등가성 범위 내에 속하는 모든 변경이 청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 한다.

Claims

무선 통신 네트워크에서, 복수의 재구성가능 안테나들(112)을 가지는 안테나 어레이(110)를 포함하는 무선 MIMO(multiple-input, multiple-output) 통신 노드(100) - 이 MIMO 통신 노드(100)는 원격 통신 노드(200)와 통신하도록 구성되어 있음 - 에 대한 처리율 조건(throughput condition)들을 개선시키는 방법으로서,
승법 잡음(multiplicative noise)이 상기 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하는 단계(310) - 상기 승법 잡음은 상기 MIMO 통신 노드(100) 및 상기 원격 통신 노드(200) 중 적어도 하나에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 포함함 -; 및
상기 처리율이 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로 결정된 경우, 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 우세 신호 경로(dominant signal path)에 대한 재구성된 안테나들(112)의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들(112) 각각의 방사 패턴을 재지향(redirect)시키도록 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계(320)
를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 우세 신호 경로는 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 LOS(line of sight) 신호 경로를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계는 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들(112)의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들(112)의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 각각의 재구성된 안테나의 하나 이상의 안테나 요소들에 위상 시프트(phase shift)를 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 안테나 어레이(110)의 제1 안테나(112)를 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 제1 안테나(112)의 이득을 증가시키도록 구성하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 재구성가능 안테나들 중 하나 이상을 재구성하는 단계는 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들 각각의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 나머지 안테나들 중 하나 이상을 재구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계는 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들(112) 각각의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 상기 안테나 어레이(110)의 상기 안테나들(112) 모두를 재구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 재구성가능 안테나들 중 하나 이상을 재구성하는 단계는,
대응하는 MIMO 동작 파라미터에 기초하여 상이한 안테나 어레이 구성들을 평가하는 단계;
최상의 MIMO 동작 파라미터를 제공하는 안테나 어레이 구성을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 안테나 어레이 구성에 따라 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제6항에 있어서, 상기 대응하는 MIMO 동작 파라미터에 기초하여 상이한 안테나 어레이 구성들을 평가하는 단계는,
미리 결정된 패턴에 따라 상기 안테나 어레이 구성을 반복하여 변경하는 단계; 및
각각의 반복적 변경에 대해, 상기 안테나 어레이(110)에 대한 상기 MIMO 동작 파라미터를 평가하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 원격 보고 노드(remote reporting node)(200)로부터 안테나 구성 보고를 수신하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계는 상기 수신된 안테나 구성 보고에 기초하여 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 원격 통신 노드(200)로부터 우세 신호 경로 정보를 수신하는 단계, 및 상기 수신된 우세 신호 경로 정보에 기초하여 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로를 식별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 MIMO 통신 노드(100)에서 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로를 식별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 원격 보고 노드(200)로부터 상기 MIMO 통신 노드(100)에서의 승법 잡음 평가를 수신하는 단계를 추가로 포함하고, 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계는 상기 수신된 승법 잡음 평가에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계는,
상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이에서 전달되는 신호들과 연관된 신호 품질 파라미터 및 MIMO 동작 파라미터 중 적어도 하나를 평가하는 단계; 및
상기 신호 품질 파라미터 및 상기 MIMO 동작 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계는, 상기 MIMO 통신 노드(100) 및 상기 무선 통신 네트워크 내의 셀 중 적어도 하나와 연관된 과거의 승법 잡음 관찰 기록들(past multiplicative noise observations)에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
무선 통신 네트워크 내의 원격 통신 노드(200)와 통신하도록 구성되어 있는 상기 무선 통신 네트워크 내의 MIMO(multiple-input, multiple-output) 통신 노드(100)로서,
복수의 재구성가능 안테나들(112)을 가지는 안테나 어레이(110)
를 포함하고;
상기 MIMO 통신 노드는
승법 잡음이 상기 MIMO 통신 노드(100)에 대한 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하도록 구성된 잡음 처리기(noise processor)(120) - 상기 승법 잡음은 상기 MIMO 통신 노드(100) 및 상기 원격 통신 노드(200) 중 적어도 하나에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 포함함 -; 및
상기 처리율이 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로 결정된 경우 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 우세 신호 경로에 대한 재구성된 안테나들(112)의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들(112) 각각의 방사 패턴을 재지향시키도록 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하도록 구성된 안테나 구성 유닛(130)
을 추가로 포함하는, MIMO 통신 노드.
제14항에 있어서, 상기 우세 신호 경로는 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 LOS(line of sight) 신호 경로를 포함하는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 안테나 어레이(110)는 각각의 안테나(112)의 하나 이상의 안테나 요소들에 대한 위상 시프터(phase shifter)(116)를 포함하고, 상기 안테나 구성 유닛(130)은 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들(112)의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들(112)의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 상기 위상 시프터들(116) 중 하나 이상의 위상 시프터들의 위상 시프트를 제어하는 것에 의해 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 안테나 구성 유닛(130)은 상기 안테나 어레이(110)의 제1 안테나(112)를 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 제1 안테나(112)의 이득을 증가시키도록 구성하도록 추가로 구성되어 있고, 상기 안테나 구성 유닛(130)은 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들 각각의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 나머지 안테나들 중 하나 이상을 재구성하는 것에 의해 상기 재구성가능 안테나들 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 안테나 구성 유닛(130)은 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로에 대한 상기 재구성된 안테나들의 이득을 감소시키기 위해 상기 재구성된 안테나들 각각의 상기 방사 패턴을 재지향시키도록 상기 안테나 어레이(110)의 상기 재구성가능 안테나들(112) 모두를 재구성하는 것에 의해 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 안테나 구성 유닛(130)은,
대응하는 MIMO 동작 파라미터에 기초하여 상이한 안테나 어레이 구성들을 평가하고;
최상의 MIMO 동작 파라미터를 제공하는 안테나 어레이 구성을 선택하며;
상기 선택된 안테나 구성에 따라 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성
하도록 구성되는 것에 의해 상기 재구성가능 안테나들 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제19항에 있어서, 상기 안테나 구성 유닛(130)은,
미리 결정된 패턴에 따라 상기 안테나 어레이 구성을 반복하여 변경하고;
각각의 반복적 변경에 대해, 상기 안테나 어레이(110)에 대한 상기 MIMO 동작 파라미터를 평가
하도록 구성되는 것에 의해 상기 대응하는 MIMO 동작 파라미터에 기초하여 상기 상이한 안테나 어레이 구성들을 평가하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 원격 보고 노드(200)로부터 안테나 구성 보고를 수신하도록 구성된 수신기를 추가로 포함하고, 상기 안테나 구성 유닛(130)은 상기 수신된 안테나 구성 보고에 기초하여 상기 재구성가능 안테나들(112) 중 하나 이상을 재구성하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 원격 통신 노드(200)로부터 수신되는 우세 신호 경로 정보에 기초하여 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로를 식별하도록 구성된 경로 유닛(path unit)(150)을 추가로 포함하는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이의 상기 우세 신호 경로를 식별하도록 구성된 경로 유닛(150)을 추가로 포함하는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 원격 보고 노드(200)로부터 승법 잡음 평가를 수신하도록 구성된 수신기를 추가로 포함하고, 상기 잡음 처리기(120)는 상기 수신된 승법 잡음 평가에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 잡음 처리기(120)는 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하기 위해 상기 승법 잡음의 정량적 추정치(quantitative estimate) 및 정성적 평가(qualitative evaluation) 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 잡음 처리기(120)는,
상기 MIMO 통신 노드(100)와 상기 원격 통신 노드(200) 사이에서 전달되는 신호들과 연관된 신호 품질 파라미터 및 MIMO 동작 파라미터 중 적어도 하나를 평가하도록 구성된 파라미터 유닛(122); 및
상기 신호 품질 파라미터 및 상기 MIMO 동작 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하도록 구성된 특성화 유닛(characterization unit)(128)을 포함하는, MIMO 통신 노드.
제26항에 있어서, 상기 MIMO 통신 노드(100) 및 상기 무선 통신 네트워크 내의 셀 중 적어도 하나와 연관된 과거의 승법 잡음 관찰 기록들을 저장하도록 구성된 메모리(129)를 추가로 포함하고, 상기 특성화 유닛(128)은 상기 과거의 승법 잡음 관찰 기록들에 기초하여 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한함을 결정하도록 구성되어 있는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 MIMO 통신 노드는 전송측 MIMO 통신 노드(100) 및 수신측 MIMO 통신 노드(200) 중 하나를 포함하고, 상기 원격 통신 노드는 상기 전송측 MIMO 통신 노드(100) 및 상기 수신측 MIMO 통신 노드(200) 중 다른 하나를 포함하는, MIMO 통신 노드.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 MIMO 통신 노드(100)는 피코 사이트(pico site), 무선 기지국(radio base station), 액세스 포인트, 릴레이(relay), 무선 백홀 노드(wireless backhaul node), 및 사용자 장비 중 하나를 포함하는, MIMO 통신 노드.
MIMO(multiple-input, multiple-output) 무선 통신 시스템에서 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건들을 특성화(characterizing)하고 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하는 방법으로서,
신호 품질 파라미터 및 MIMO 활용 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 전송측 MIMO 노드(100)와 수신측 MIMO 노드(200) 사이의 처리율 조건들을 평가하는 단계(410); 및
상기 평가된 처리율 조건들에 기초하여 승법 잡음과 관련하여 상기 MIMO 처리율 조건들을 특성화하는 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계(420) - 상기 승법 잡음은 상기 전송측 MIMO 노드(100) 및 상기 수신측 MIMO 노드(200) 중 적어도 하나에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 포함함 -
를 포함하고, 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하는 단계를 포함하는 방법.
제30항에 있어서, 상기 처리율 조건들을 평가하는 단계는 상기 신호 품질 파라미터와 미리 결정된 승법 잡음 파라미터 간의 비교에 기초하여 상기 처리율 조건들을 평가하는 단계를 포함하고, 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 상기 비교가 비교 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것(multiplicative noise limited)으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 처리율 조건들을 평가하는 단계는 상기 신호 품질 파라미터와 미리 결정된 승법 잡음 파라미터 사이의 차를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 상기 결정된 차가 임계치 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제30항 또는 제31항에 있어서,
제1 전력 레벨에 대한 제1 MIMO 활용 파라미터를 결정하는 단계; 및
상기 제1 전력 레벨 미만의 제2 전력 레벨에 대한 제2 MIMO 활용 파라미터를 결정하는 단계
를 추가로 포함하고;
상기 처리율 조건들을 평가하는 단계는 상기 제1 MIMO 활용 파라미터와 상기 제2 MIMO 활용 파라미터 간의 비교에 기초하여 상기 처리율 조건들을 평가하는 단계를 포함하고,
상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 상기 비교가 비교 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제33항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전력 레벨들을 직접 제어하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제30항에 있어서, 상기 신호 품질 파라미터 및 상기 MIMO 활용 파라미터에 기초하여 상기 처리율 조건들을 평가하는 단계는,
상기 신호 품질 파라미터를 제1 승법 잡음 임계치와 비교하는 단계; 및
상기 MIMO 활용 파라미터를 제2 승법 잡음 임계치와 비교하는 단계를 포함하고;
상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 상기 신호 품질 파라미터가 상기 제1 승법 잡음 임계치 조건을 충족시키고 상기 MIMO 활용 파라미터가 상기 제2 승법 잡음 임계치 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 전력 레벨 및 간섭 전력 레벨에 기초하여 신호대 간섭비(signal-to-interference ratio)를 결정하는 것에 의해 상기 신호 품질 파라미터를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 신호 전력 레벨, 가법 잡음 레벨, 및 간섭 전력 레벨에 기초하여 신호대 간섭 및 잡음비(signal-to-interference plus noise ratio)를 결정하는 것에 의해 상기 신호 품질 파라미터를 결정하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MIMO 활용 파라미터는 처리율 파라미터, 채널 품질 지시자, 및 랭크 지시자(rank indicator) 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 지리적 위치, 네트워크 셀, 및 모바일 디바이스 중 적어도 하나에 대한 다수의 승법 잡음 평가들을 저장하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계는 상기 저장된 승법 잡음 평가들에 기초하여 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 승법 잡음 평가를 원격 노드(200)에 보고하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 승법 잡음 평가는 상기 승법 잡음의 정량적 추정치 및 정성적 평가 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
제30항, 제31항 및 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송측 MIMO 노드(100)와 상기 수신측 MIMO 노드(200) 사이의 우세 신호 경로를 식별하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제42항에 있어서, 상기 식별된 우세 신호 경로를 원격 노드(200)에 보고하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
MIMO(multiple-input, multiple-output) 무선 통신 시스템에서 승법 잡음과 관련하여 MIMO 처리율 조건들을 특성화하고, 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하도록 구성된 잡음 처리기(120)로서,
신호 품질 파라미터 및 MIMO 활용 파라미터 중 적어도 하나에 기초하여 전송측 MIMO 노드(100)와 수신측 MIMO 노드(200) 사이의 처리율 조건들을 평가하도록 구성된 파라미터 유닛(122); 및
상기 평가된 처리율 조건들에 기초하여 승법 잡음과 관련하여 상기 MIMO 처리율 조건들을 특성화하는 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성된 특성화 유닛(128) - 상기 승법 잡음은 상기 전송측 MIMO 노드(100) 및 상기 수신측 MIMO 노드(200) 중 적어도 하나에서의 신호 강도에 의존하거나 그에 비례하는 임의의 잡음을 포함함 -
을 포함하고, 상기 특성화 유닛(128)은 승법 잡음이 상기 처리율 조건들을 제한하는지를 결정하는 승법 잡음 평가를 생성하도록 구성된 잡음 처리기.
제44항에 있어서, 상기 파라미터 유닛(122)은 상기 신호 품질 파라미터와 미리 결정된 승법 잡음 파라미터 간의 비교에 기초하여 상기 처리율 조건들을 평가하도록 구성된 신호 품질 유닛(124)을 포함하고, 상기 특성화 유닛(128)은 상기 비교가 비교 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항에 있어서, 상기 파라미터 유닛(122)은 상기 신호 품질 파라미터와 미리 결정된 승법 잡음 파라미터 사이의 차를 결정하는 것에 의해 상기 처리율 조건들을 평가하도록 구성된 신호 품질 유닛(124)을 포함하고, 상기 특성화 유닛(128)은 상기 결정된 차가 임계치 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 파라미터 유닛(122)은,
제1 전력 레벨에 대한 제1 MIMO 활용 파라미터를 결정하고;
상기 제1 전력 레벨 미만의 제2 전력 레벨에 대한 제2 MIMO 활용 파라미터를 결정하도록
구성된 MIMO 활용 유닛(126)을 포함하고;
상기 파라미터 유닛(122)은 상기 제1 MIMO 활용 파라미터와 상기 제2 MIMO 활용 파라미터 간의 비교에 기초하여 상기 처리율 조건들을 평가하는 것에 의해 상기 처리율 조건들을 평가하도록 구성되어 있으며;
상기 특성화 유닛(128)은 상기 제1 MIMO 활용 파라미터가 상기 제2 MIMO 활용 파라미터 이하일 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제47항에 있어서, 상기 잡음 처리기(120)는 상기 제1 및 제2 전력 레벨들을 직접 제어하도록 추가로 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항에 있어서, 파라미터 유닛(122)은,
상기 신호 품질 파라미터를 제1 승법 잡음 임계치와 비교하도록 구성된 신호 품질 유닛(124); 및
상기 MIMO 활용 파라미터를 제2 승법 잡음 임계치와 비교하도록 구성된 MIMO 활용 유닛(126)
을 포함하고;
상기 특성화 유닛(128)은 상기 신호 품질 파라미터가 상기 제1 승법 잡음 임계치 조건을 충족시키고 상기 MIMO 활용 파라미터가 상기 제2 승법 잡음 임계치 조건을 충족시킬 때 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 신호 품질 유닛(124)은 신호 전력 레벨 및 간섭 전력 레벨에 기초하여 신호대 간섭비를 결정하는 것에 의해 상기 신호 품질 파라미터를 결정하도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제45항 또는 제46항에 있어서, 상기 신호 품질 유닛(124)은 신호 전력 레벨, 가법 잡음 레벨, 및 간섭 전력 레벨에 기초하여 신호대 간섭 및 잡음비를 결정하는 것에 의해 상기 신호 품질 파라미터를 결정하도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 MIMO 활용 파라미터는 처리율 파라미터, 채널 품질 지시자, 및 랭크 지시자 중 적어도 하나를 포함하는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 지리적 위치, 네트워크 셀, 및 모바일 디바이스 중 적어도 하나에 대한 다수의 승법 잡음 평가들을 저장하는 메모리(129)를 추가로 포함하고, 상기 특성화 유닛(128)은 상기 저장된 승법 잡음 평가들에 기초하여 상기 처리율 조건들을 승법 잡음에 의해 제한되는 것으로서 특성화하는 상기 승법 잡음 평가를 발생시키도록 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 승법 잡음 평가는 상기 승법 잡음의 정량적 추정치 및 정성적 평가 중 적어도 하나를 포함하는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 잡음 처리기(120)는 상기 승법 잡음 평가를 원격 MIMO 노드(200)에 보고하도록 추가로 구성되어 있는, 잡음 처리기.
제44항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송측 MIMO 노드(100)와 상기 수신측 MIMO 노드(200) 사이의 우세 신호 경로를 식별하도록 구성된 경로 유닛(150)을 추가로 포함하는, 잡음 처리기.
제56항에 있어서, 상기 경로 유닛(150)은 상기 식별된 우세 신호 경로를 원격 MIMO 노드(200)에 보고하도록 추가로 구성되어 있는, 잡음 처리기.