KR101742353B1

KR101742353B1 - Mimo-ofdm 및 sc-fdma를 이용하는 이동 통신

Info

Publication number: KR101742353B1
Application number: KR1020137034495A
Authority: KR
Inventors: 크리스토퍼 에이치 딕
Original assignee: 자일링크스 인코포레이티드
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2017-05-31
Also published as: WO2013019282A1; KR20140056189A; CN103718495B; EP2740234A1; JP5925890B2; EP2740234B1; CN103718495A; US8649307B1; JP2014522185A

Abstract

이동 통신을 위한 시스템은 제 1 복수의 안테나들(120-124) 및 송신기(136)를 갖는 이동 통신 디바이스(104)를 포함한다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 제 1 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 1 패킷을 인코딩하고 제 1 복수의 안테나들로부터 송신하도록 구성된다. 제 1 패킷은 제 1 송신 모드의 단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA) 변조를 갖는다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 제 2 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 2 패킷을 인코딩하고 제 1 안테나들로부터 송신하도록 구성된다. 제 2 패킷은 제 2 송신 모드의 다중 입력 다중 출력 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(MIMO-FDMA) 변조를 갖는다. 기지국(102)은 제 2 복수의 안테나들(112-116)을 포함하고, 제 1 패킷 및 제 2 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성된다.

Description

MIMO-OFDM 및 SC-FDMA를 이용하는 이동 통신{MOBILE COMMUNICATION USING MIMO-OFDM AND SC-FDMA}

본 발명은 일반적으로 이동 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 공간 및 주파수 멀티플렉싱을 이용하는 이동 통신 시스템에 관한 것이다.

이동 통신 시스템은 이동 디바이스들 간의 음성 및 다른 메시지의 통신을 허용한다. 이동 디바이스의 이용 가능한 통신 대역폭을 증가시키고, 이동 통신 시스템에 대한 자본 투자 및 운영 비용을 줄이기 위한 일반적인 필요성이 존재한다. 배터리 전력을 보호하기 위해 이동 디바이스의 전력 요구를 줄이기 위한 일반적인 필요성이 존재한다.

본 발명은 상기 문제들 중 하나 이상을 다룰 수 있다.

본 발명의 목적은 MIMO-OFDM 및 SC-FDMA를 이용하는 이동 통신을 제공하는 것이다.

일 실시예에서, 이동 통신 디바이스는 제 1 복수의 안테나들 및 제 1 복수의 안테나들에 결합되고 송신기 및 수신기를 포함하는 트랜스시버를 포함한다. 트랜스시버는 수신 모드에서 동작 가능하고 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드에서 동작 가능하다. 수신 모드에서, 송신기는 송신하지 않도록 구성되고, 수신기는 수신 모드의 다중 입력 다중 출력 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(multiple-in-multiple-out orthogonal-frequency-division-multiplexing; MIMO-OFDM) 변조를 갖는 제 1 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성된다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 제 2 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 2 패킷을 인코딩하고 제 1 안테나들로부터 송신하도록 구성되고, 제 2 패킷은 제 1 송신 모드의 단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(single-carrier frequency-division-multiple-access; SC-FDMA) 변조를 갖는다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 제 3 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 3 패킷을 인코딩하고 제 1 안테나들로부터 송신하도록 구성되고, 제 3 패킷은 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조를 갖는다.

일부 실시예들에서, 트랜스시버는 트랜스시버의 통신 동작 동안에 수신 모드 또는 제 1 송신 모드 또는 제 2 송신 모드 중 하나의 모드로 항상 있다.

일부 실시예들에서, 트랜스시버는 수신 모드, 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드 간에 시분할 멀티플렉싱 동작으로 구성된다.

일부 실시예들에서, 이동 통신 디바이스는 트랜스시버에 결합된 제어 유닛을 포함한다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 펜딩 발신 패킷(pending outgoing packet)의 요청된 대역폭에 응답하여, 제어 유닛은 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 기지국에 요청 패킷을 송신하도록 송신기에 지시하도록 구성될 수 있다. 요청 패킷에 응답하여, 트랜스시버는 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 기지국으로부터 관리 패킷을 수신하도록 구성될 수 있고, 그 관리 패킷에는 복수의 직교 주파수들의 서브세트가 지정된다. 관리 패킷에 응답하여, 제어 유닛은 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 펜딩 발신 패킷을 인코딩하고 송신하도록 송신기에 지시하도록 구성될 수 있고, 펜딩 발신 패킷의 MIMO-OFDM 변조는 안테나들을 통해 공간적으로 멀티플렉싱될 수 있고 직교 주파수들의 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱될 수 있다.

일부 실시예들에서, 이동 통신 디바이스는 트랜스시버에 결합된 배터리를 더 포함한다. 송신기는 또한 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 펜딩 발신 패킷의 요청된 대역폭에 응답하여 제 1 송신 모드로 펜딩 발신 패킷을 송신하고, 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 요청된 대역폭 및 충전 레벨 문턱값보다 작거나 같은 배터리의 충전 레벨에 응답하여 제 1 송신 모드로 펜딩 발신 패킷을 송신하고, 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 요청된 대역폭 및 충전 레벨 문턱값보다 큰 배터리의 충전 레벨에 응답하여 제 2 송신 모드로 펜딩 발신 패킷을 송신하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 제 1 송신 모드에서의 동작에 응답하여, 송신기는 SC-FDMA 변조로 인코딩된 제 1 패킷을 제 1 안테나들 중 하나의 안테나로부터 정확하게 송신하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 송신기는 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 복수의 음성 패킷들의 각각을 송신하도록 구성되고, 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 복수의 이미지 패킷들의 각각을 송신하도록 구성된다.

다른 실시예들은 이동 통신을 위한 시스템을 제공한다. 시스템은 본 명세서에 기술된 임의의 이동 통신 디바이스와 같은 이동 통신 디바이스, 및 이동 통신 디바이스의 제 1 안테나들에 전자기적으로 결합된 제 2 복수의 안테나들을 포함하는 기지국을 포함한다. 기지국은 SC-FDMA 변조를 갖는 제 1 패킷 및 MIMO-OFDM 변조를 갖는 제 2 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 기지국은 제 2 안테나에 결합된 제 1 디텍터(detector) 및 제 2 디텍터를 포함한다. 제 1 디텍터는 제 2 안테나들에서 수신된 제 1 패킷의 SC-FDMA 변조를 디코딩하도록 구성된다. 제 2 디텍터는 제 2 안테나들에서 수신된 제 2 패킷의 MIMO-OFDM 변조를 디코딩하도록 구성된 스피어 디텍터(sphere detector)이다.

일부 실시예들에서, 기지국은 복수의 직교 주파수들의 제 1 서브세트, 제 2 서브세트 및 제 3 서브세트의 할당을 생성하도록 구성되고, 또한 수신 모드 및 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드를 위해 복수의 시간 간격들의 스케줄을 생성하도록 구성된 관리 유닛을 포함한다. 이동 통신 디바이스는 수신기에 결합된 제어 유닛을 더 포함하고, 제어 유닛은 할당 및 스케줄에 따라 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드로 송신하도록 송신기에 지시하고, 수신 모드로 수신하도록 수신기에 지시하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조는 제 1 복수의 안테나들 및 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱되고, 직교 주파수들의 제 1 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱된다. 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조는 직교 주파수들의 제 2 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱될 수 있다. 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조는 제 1 복수의 안테나들 및 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱될 수 있고, 직교 주파수들의 제 3 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱될 수 있다.

일부 실시예들에서, 관리 유닛은 이동 통신 디바이스에 관리 패킷을 송신하도록 기지국에 지시하도록 구성된다. 관리 패킷은 할당 및 스케줄을 지정할 수 있다. 수신기는 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 기지국으로부터 관리 패킷을 수신하고, 관리 패킷으로부터의 할당 및 스케줄을 이동 통신 디바이스의 제어 유닛에 포워딩하도록 구성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 제어 유닛은 또한 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 패킷의 요청된 대역폭에 응답하여, 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 기지국에 요청 패킷을 송신하도록 이동 통신 디바이스의 송신기에 지시하도록 구성된다. 관리 유닛은 또한 요청 패킷에 응답하여 관리 패킷을 송신하도록 기지국에 지시하도록 구성된다. 제어 유닛은 관리 패킷에 응답하여 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 패킷을 인코딩 및 송신하도록 송신기에 지시하도록 구성된다.

일부 실시예들에서, 기지국은 스피어 디텍터를 더 포함한다. 스피어 디텍터는 패킷의 MIMO-OFDM 변조를 디코딩하도록 구성될 수 있다. MIMO-OFDM 변조는 제 1 복수의 안테나들 및 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱될 수 있고, 직교 주파수들의 제 3 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱될 수 있다.

일부 실시예들에서, 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 패킷의 요청된 대역폭에 응답하여, 이동 통신 디바이스의 제어 유닛은 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 패킷을 인코딩하고 송신하도록 이동 통신 디바이스의 송신기에 지시하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 시스템은 이동 통신을 위해 제공된다. 시스템은 제 1 복수의 안테나들 및 제 1 복수의 안테나들로부터 송신하도록 결합된 송신기를 포함하는 이동 통신 디바이스를 포함한다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 제 1 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 1 패킷을 인코딩하고 제 1 복수의 안테나들로부터 송신하도록 구성된다. 제 1 패킷은 제 1 송신 모드의 단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA) 변조를 갖는다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 제 2 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 2 패킷을 인코딩하고 제 1 복수의 안테나로부터 송신하도록 구성된다. 제 2 패킷은 제 2 송신 모드의 다중 입력 다중 출력 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(MIMO-FDMA) 변조를 갖는다. 기지국은 이동 통신 디바이스의 제 1 안테나들에 전자기적으로 결합된 제 2 복수의 안테나들을 포함한다. 기지국은 SC-FDMA 변조를 갖는 제 1 패킷 및 MIMO-OFDM 변조를 갖는 제 2 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성된다.

다른 실시예에서, 이동 통신 디바이스는 복수의 안테나들 및 안테나들에 결합된 트랜스시버를 포함한다. 트랜스시버는 송신기 및 수신기를 포함하고, 수신 모드로 동작 가능하고 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드로 동작 가능하다. 수신 모드에서, 송신기는 송신하지 않도록 구성되고, 수신기는 수신 모드의 다중 입력 다중 출력 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(MIMO-OFDM) 변조를 갖는 제 1 패킷을 수신하고 디코딩하도록 구성된다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 제 2 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 2 패킷을 인코딩하고 안테나들로부터 송신하도록 구성된다. 제 2 패킷은 제 1 송신 모드의 단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA) 변조를 갖는다. 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 제 3 패킷을 위한 요청된 대역폭에 응답하여, 송신기는 제 3 패킷을 인코딩하고 안테나들로부터 송신하도록 구성된다. 제 3 패킷은 제 2 송신 모드의 MIMO-FDMA 변조를 갖는다.

다양한 다른 실시예들이 다음의 상세한 설명 및 특허청구범위에 설명된다는 것이 이해될 것이다.

본 발명에 따르면, MIMO-OFDM 및 SC-FDMA를 이용하는 이동 통신을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 다양한 양태들 및 장점들이 다음의 상세한 설명을 보고 도면들을 참조하여 명백해질 것이다.
도 1은 이동 통신을 위한 시스템의 블록도이다.
도 2는 이동 디바이스 및 기지국 간의 음성 및 데이터 통신을 전달하기 위한 프로세스의 흐름도이다.

도 1은 이동 통신을 위한 시스템의 블록도이다. 시스템은 기지국(102) 및 전자기적으로 통신하는 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)을 포함한다. 시스템은 각각의 이동 통신 디바이스로부터의 패킷을 위한 요청된 대역폭을 기지국(102)에 제공하기 위해 몇 개의 동작 모드들을 갖고, 이는 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)의 전력 소비를 보호하고 기지국(102)을 간소화한다.

기지국(102)은 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)과 데이터 심볼들을 통신하는 트랜스시버(110) 및 안테나들(112 및 114 내지 116)을 포함한다. 유사하게, 이동 통신 디바이스(104)는 기지국(102)과 데이터 심볼들을 통신하는 트랜스시버(118) 및 안테나들(120 및 122 내지 124)을 포함한다.

전자기식 스펙트럼이 직교 주파수들의 세트로 분할될 수 있다. 일 실시예에서, 주파수들은 직교하는데, 왜나햐면 주파수들 간의 분리가 데이터 심볼들로 주파수를 변조하는 것으로 대역폭과 같아지거나 그 대역폭을 초과하기 때문이다. 이것은 동시에 변조되는 직교 주파수들 간의 간섭을 제한한다.

일 실시예에서, 직교 주파수들의 서브세트는 통신 링크[예를 들어, 기지국(102)으로부터 이동 통신 디바이스(104)로의 통신 링크]에 할당된다. 동시에 송신될 수 있는 데이터 심볼들의 수가 할당된 직교 주파수들의 수와 동일하기 때문에, 특정한 통신 링크에 대한 대역폭은 서브세트에 할당된 직교 주파수들을 증가시킴으로써 증가될 수 있다.

게다가, 기지국(102)으로부터 이동 통신 디바이스(104)로 통신하기 위해 직교 주파수들의 하나의 서브세트를 할당하고, 기지국(102)으로부터 이동 통신 디바이스(106)로 통신하기 위해 직교 주파수들의 다른 서브세트를 할당하는 것처럼, 직교 주파수들의 상이한 서브세트들은 다양한 통신 링크들에 할당될 수 있다. 그리고 나서, 기지국(102)의 트랜스시버(110)는 이동 통신 디바이스(104)로의 다수의 데이터 심볼들 및 이동 통신 디바이스(106)로의 다수의 데이터 심볼들을 동시에 송신한다. 일 실시예에서, 이것은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(OFDM)이다.

일 실시예에서, OFDM은 시분할 멀티플렉싱을 더 포함한다. 시분할 멀티플렉싱의 간단한 예에서, 직교 주파수들의 서브세트가 기지국(102)과 이동 통신 디바이스(108) 간의 통신 링크에 할당되고, 이 서브세트는 기지국(102)으로부터 이동 통신 디바이스(108)로의 통신을 위해 예약된 시간 기간 및 이동 통신 디바이스(108)로부터 기지국(102)으로의 반대 방향에서의 통신을 위해 예약된 시간 기간으로 시분할 멀티플렉싱된다.

일 실시예에서, OFDM은 다중 입력 다중 출력 OFDM(MIMO-OFDM)으로 확장된다. MIMO의 경우, 통신되는 데이터 심볼들이 다수의 송신 안테나들 및 다수의 수신 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱된다. MIMO-OFDM의 실시예의 예에서, 직교 주파수들의 서브세트가 특정한 시간 기간 동안에 기지국(102)으로부터 이동 통신 디바이스(104)로의 통신을 위해 할당되고, 할당된 직교 주파수들 각각으로 트랜스시버(110)는 안테나들(112 및 114 내지 116) 각각으로부터 독립적인 데이터 심볼을 동시에 송신한다. 이동 통신 디바이스(104)의 안테나들(120 및 122 내지 124) 각각은 각각의 직교 주파수 상으로 송신된 데이터 심볼들의 혼합 신호를 수신하지만, 이동 통신 디바이스(104)는 수신된 혼합 신호로부터 송신된 데이터 심볼들을 복구할 수 있다.

일반적으로, N개의 송신 안테나들 및 M개의 수신 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱될 수 있는 데이터 심볼들의 수는 N 및 M 중 작은 수이다. 따라서, MIMO 시스템은 종종 다양한 디바이스들에서 같은 수의 안테나들(예컨대, 4개의 안테나)을 갖는다. 그러나, 같지 않은 N 및 M을 갖는 것은 MIMO 통신의 견고성을 증가시키는데, 왜냐하면 특정한 데이터 심볼을 송신하는 각각의 송신 안테나 및 각각의 수신 안테나의 모든 쌍들에 대해 파괴적인 다중 경로 간섭이 수신 안테나에서 발생할 가능성이 적기 때문이다.

OFDM이 많은 장점을 가지고 있지만, OFDM의 한 가지 단점은 피크 송신 전력이 평균 송신 전력보다 상당히 높다는 것이다. 따라서, OFDM은 높은 피크 대 평균 전력 비(peak-to-average power ratio; PAPR)를 갖는다. 송신된 OFDM의 왜곡을 방지하기 위해서, 송신 RF 전력 증폭기는 송신되는 전력의 범위에 걸쳐 높은 선형성을 가져야 한다. 지정된 평균 송신 전력을 위해, OFDM은 낮은 PAPR을 갖는 다른 변조 방식보다 넓은 범위의 송신 전력에 걸쳐 높은 선형성을 갖는 RF 전력 증폭기를 필요로 한다. 이것은 낮은 PAPR을 갖는 다른 변조 방식을 이용하여 동일한 평균 송신 전력을 제공하는 RF 전력 증폭기보다 OFDM을 위한 RF 전력 증폭기가 그 전원으로부터 더욱 많은 전력을 소비하도록 야기한다.

단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA)는 OFDM보다 낮은 PAPR을 갖는다. 일 실시예에서, SC-FDMA는 OFDM과 같은 직교 주파수들을 이용하지만, 상이한 변조 방식을 갖는다. OFDM의 경우와 같이 심볼 기간 동안에 각각의 직교 주파수들 상으로 각각의 데이터 블록의 데이터 심볼들을 송신하는 대신에, SC-FDMA는 각각의 데이터 블록의 N개의 심볼들 상에 N-포인트 이산 푸리에 변환(discrete Fourier transform; DFT)를 수행하고, 결과적인 주파수 도메인 표현을 이용 가능한 M개의 직교 주파수들 중 각각의 데이터 블록이 할당되는 N개의 직교 주파수들에 매핑하고, M개의 직교 주파수들 전체를 통한 M-포인트 역 DFT로부터 기인하는 파형을 송신한다. 국부적 SC-FDMA를 위한 일 실시예에서, 각각의 데이터 블록을 위한 N개의 매핑된 직교 주파수들은 이용 가능한 M개의 직교 주파수들의 인접한 서브세트이다. 분산된 SC-FDMA를 위한 다른 실시예에서, N개의 매핑된 직교 주파수들은 이용 가능한 M개의 직교 주파수들의 범위에 걸쳐 고르게 분산된다. SC-FDMA 수신기는 각각의 데이터 블록의 N개의 심볼들을 복구하기 상기 프로세스를 거꾸로 한다.

SC-FDMA MIMO는 다수의 송신 안테나들 및 다수의 수신 안테나들 간의 공간적 멀티플렉싱과 SC-FDMA의 합이다. 그러나, SC-FDMA MIMO는 일반적으로 수신기에서 높은 성능을 달성하기 위해 복잡한 최대 유사도(maximum likelihood) 디텍터를 이용한다. 최대 유사도 디텍터는 복잡한데, 왜냐하면 이것은 데이터 심볼들의 많은 가능한 조합들을 철저하게 검색하기 때문이다. 그에 반해서, MIMO-OFDM은 최대 유사도 디텍터의 검출 성능을 거의 달성하는 극적인 간단한 스피어 디텍터를 지원한다.

하나 이상의 실시예들은 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)로부터 기지국(102)으로의 업링크 통신을 위해 2개의 모드를 갖는다. 한 가지 모드의 업링크 통신은 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)의 배터리 전력을 보호하기 위해, MIMO 없이 SC-FDMA를 이용한다. 다른 모드의 업링크 통신은 기지국(102)의 복잡성 및 비용을 극적으로 증가시키지 않고 증가된 통신 대역폭을 위해 MIMO-OFDM을 이용한다. ?澎誰仄?(102)으로부터 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108)로의 다운링크 통신은 MIMO-OFDM인데, 왜냐하면 기지국(102)은 일반적으로 배터리 전력의 보호를 필요로 하지 않기 때문이다.

기지국 트랜스시버(110)는 안테나들(112 및 114 및 116)로부터 데이터 심볼들의 패킷(128)을 송신하도록 구성된 송신기(126)를 포함한다. MIMO-OFDM 인코더(130)는 각각의 심볼 기간 동안에 안테나들(112 및 114 내지 116) 각각 상의 각각의 할당된 주파수에 대한 데이터 심볼을 이용하여, 이용 가능한 직교 주파수들의 할당된 서브 세트로 데이터 심볼들의 패킷(128)을 인코딩한다. 각각의 심볼 기간 동안, 송신기(126)는 각각의 할당된 직교 주파수 상으로 안테나들(112 및 114 내지 116) 각각으로부터 데이터 심볼을 송신한다. 자유 공간과 같은 통신 매체는 안테나들(112 및 114 내지 116)을 이동 통신 디바이스(104)의 안테나들(120 및 122 내지 124) 및 이동 통신 디바이스들(106 내지 108)의 안테나들(132 및 134)에 전자기적으로 결합시킨다. 따라서, 송신기(126)는 직교 주파수들의 할당된 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되고 안테나들(112 및 114 내지 116)을 통해 공간적으로 멀티플렉싱되는 데이터 심볼들의 인코딩된 패킷(128)을 송신한다.

이동 통신 디바이스(104)의 트랜스시버(118)는 수신 모드 및 제 1 모드 및 제 2 모드에서 동작하도록 구성 가능하다.

수신 모드에서 동작하는 동안, 트랜스시버(118)의 송신기(136)는 송신하지 않고, 트랜스시버(118)의 수신기(138)은 안테나들(120 및 122 내지 124)로부터 데이터 심볼들의 인코딩된 패킷(128)을 수신한다. 데이터 심볼들은 직교 주파수들의 할당된 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되고 안테나들(120 및 122 내지 124)을 통해 공간적으로 멀티플렉싱된다. 스피어 디텍터(140)는 패킷(142)이 패킷(128)과 일치하는 경우 데이터 심볼들의 수신된 패킷(142)을 성공적으로 복구한다.

제 1 송신 모드에서 동작하는 동안, SC-FDMA 인코더(144)는 직교 주파수들의 제 2 서브세트를 통해 멀티플렉싱된 단일 반송파 주파수 상으로 데이터 심볼들의 패킷(146)을 인코딩하고, 송신기(136)는 단일 반송파 상으로 안테나들(120 및 122 내지 124)로부터 인코딩된 패킷(146)을 송신한다.

제 2 송신 모드에서 동작하는 동안, MIMO-OFDM 인코더(148)는 안테나들(120 및 122 내지 124) 각각 상의 각각의 할당된 주파수에 대한 데이터 심볼을 이용하여, 이용 가능한 직교 주파수들의 할당된 서브 세트로 데이터 심볼들의 패킷(150)을 인코딩한다. 송신기(136)는 직교 주파수들의 할당된 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되고 안테나들(120 및 122 및 124)을 통해 공간적으로 멀티플렉싱되는 데이터 심볼들의 제 3 패킷(150)을 안테나들(120 및 122 및 124)로부터 송신한다.

제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드를 위한 직교 주파수들의 할당된 서브세트는 일 실시예에서 동일한 직교 주파수들이고, 다른 실시예들에서는 상이한 직교 주파수들이다. 수신 모드를 위한 직교 주파수들의 할당된 서브세트는 일 실시예에서 송신 모드와 같은 직교 주파수들이고, 다른 실시예들에서는 상이한 직교 주파수들이다.

제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조가 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조보다 양호한 PAPR을 갖기 때문에, 제 1 송신 모드에서 송신기(136)는 제 2 송신 모드에서 송신기(136)가 소비하는 것보다 배터리(152)로부터 전력을 덜 소비한다. 제 2 송신 모드의 MIMO-0FDM 변조 중 MIMO가 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조보다 넓은 대역폭을 제공하기 때문에, 제 2 송신 모드에서 MIMO는 제 1 송신 모드에서보다 넓은 대역폭을 제공한다. 따라서, 일 실시예에서, 이동 통신 디바이스(104)로부터 기지국(102)으로의 업링크 통신은 디폴트로 제 1 송신 모드를 이용하고, 업링크 통신은 높은 대역폭이 요구되는 경우 제 2 송신 모드를 이용한다.

기지국(102)의 트랜스시버(110)는 안테나들(112 및 114 및 116)로부터 인코딩된 제 2 패킷(146) 및 제 3 패킷(150)을 수신하도록 구성되는 수신기(154)를 포함한다. 일 실시예에서, 예상되는 변조 방식이 스케줄링된다. 직교 주파수들의 서브세트를 통해 멀티플렉싱되는 단일 반송파 주파수 상으로 스케줄링된 SC-FDMA 변조의 경우, 기지국 트랜스시버(110)의 SC-FDMA 디텍터(156)는 패킷(158)이 패킷(146)과 일치하는 경우 데이터 심볼들의 수신된 패킷(158)을 성공적으로 디코딩한다. 직교 주파수들의 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되고 제 1 안테나와 제 2 안테나 간에 공간적으로 멀티플렉싱되는 스케줄링된 MIMO-OFDM 변조의 경우, 스피어 디텍터(160)는 패킷(162)이 패킷(150)과 일치하는 경우 데이터 심볼들의 수신된 패킷(162)을 성공적으로 디코딩한다. 스피어 디텍터(160)가 효율적으로 패킷(162)을 복구하기 때문에, 스피어 디텍터(160)는 기지국(102)에 많은 비용을 추가시키지 않는다.

일 실시예에서, 기지국 트랜스시버(110)는 이동 통신 디바이스들(104 및 106 내지 108) 각각의 수신 모드 및 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드를 위해 직교 주파수들의 서브세트를 할당하도록 구성된 관리 유닛(164)을 포함한다. 관리 유닛(164)은 또한 수신 모드 및 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드를 위한 시간 간격들을 스케줄링한다. 이러한 할당 및 스케줄을 퍼뜨리기 위해서, 관리 유닛(164)은 할당 및 스케줄을 지정하는 관리 패킷(166)을 송신하도록 기지국(102)에 지시한다. 이동 통신 디바이스(104)의 트랜스시버(118)는 수신 모드를 이용하여 대응하는 관리 패킷(168)을 수신 및 디코딩하고, 관리 패킷(168)으로부터의 할당 및 스케줄을 이동 통신 디바이스(104)의 제어 유닛(170)에 포워딩한다. 제어 유닛(10)은 할당 및 스케줄에 따라 수신 모드에서 수신하고 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드에서 송신하도록 트랜스시버(118)에 지시하도록 구성된다.

데이터 패킷을 위한 요청된 대역폭이 제 1 송신 모드에 할당된 직교 주파수들을 통해 멀티플렉싱된 단일 반송파 주파수의 이용 가능한 대역폭보다 큰 경우, 이동 통신 디바이스(104)의 제어 유닛(170)은 요청 패킷(172)을 생성한다. 선택적으로, 거의 방전된 배터리(152)가 이와 같은 요청 패킷(172)을 생성하는 것을 방지한다. 거의 방전된 배터리는 충전 레벨 문턱값로 검출될 수 있다. 충전 레벨 문턱값 아래로 떨어지는 배터리의 검출된 충전에 응답하여, 배터리는 거의 방전된 것으로 결정된다. 충전 레벨 문턱값 위에 있는 배터리의 검출된 충전에 응답하여, 배터리는 충분히 충전된 것으로 간주된다. 제어 유닛(170)은 기지국으로 요청 패킷(172)을 송신하도록 트랜스시버(118)에 지시하고, 요청 패킷(172)은 제 1 송신 모드를 이용하여 송신된다. 대응하는 요청 패킷(174)을 수신하면, 관리 유닛(164)은 제 2 송신 모드를 이용하여 데이터 패킷을 송신하기 위한 할당 및 스케줄링을 갖는 관리 패킷(166)을 송신하도록 기지국(102)에 지시한다. 제어 유닛(170)은 대응하는 관리 패킷(168)을 수신하고, 할당 및 스케줄에 따라 제 2 송신 모드를 이용하여 데이터 패킷을 송신하도록 트랜스시버(118)에 지시한다.

그에 반해서, 데이터 패킷의 요청된 대역폭이 단일 반송파의 이용 가능한 대역폭보다 크지 않은 경우, 제어 유닛(170)은 제 1 송신 모드를 이용하여 데이터 패킷을 송신하도록 트랜스시버(118)에 지시한다. 요청되는 대역폭에 상관 없이, 데이터 패킷은 배터리(152)가 거의 방전되는 경우 제 1 송신 모드를 이용하여 선택적으로 송신된다. 자주, 트랜스시버(118)는 제 1 송신 모드를 위한 기존의 할당 및 스케줄에 따라 데이터 패킷을 송신한다. 업링크 통신 대역폭은 제 1 송신 모드의 단일 반송파에 대한 더욱 큰 시간 간격 및/또는 더욱 많은 직교 주파수들을 추가함으로써 한계까지 증가될 수 있고, 통신 대역폭은 직교 주파수들을 할당하고 제 2 송신 모드를 위한 시간 간격을 스케줄링함으로써 이 한계 이상으로 증가될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

일 실시예에서, 이동 통신 디바이스(104)의 송신기(136)는 직교 주파수들의 할당된 서브세트를 통해 멀티플렉싱된 단일 반송파 주파수 상으로 정확히 하나의 안테나(120)로부터 데이터 심볼들의 패킷(146)을 송신한다. 다른 실시예에서, 송신기(136)는 모든 안테나들(120 및 122 내지 124)로부터 데이터 심볼들의 패킷(146)을 송신한다.

도 2는 이동 디바이스 및 기지국 간의 음성 및 데이터 통신을 전달하기 위한 프로세스(200)의 흐름도이다. 통신 대역폭은 통신 유형에 따라 할당된다.

단계(202)에서, 이동 통신 디바이스는 통신을 위한 요청을 발행한다. 이 요청은 특정한 크기를 갖는 이미지 파일과 같은 데이터 파일의 한번의 전송을 요청하거나 음성 대화를 위한 지속 채널을 개방하는 것을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 요청은 또한 이동 통신 디바이스의 배터리의 충전 상태를 포함한다. 단계(204)에서, 기지국은 이 요청을 수신한다.

결정 과정(206)에서, 기지국의 관리 유닛은 요청된 통신 유형을 점검한다. 음성 통신의 경우, 프로세스(200)는 단계(208)로 진행하고, 그렇지 않으면, 데이터 통신의 경우, 프로세스(200)는 단계(210)로 진행한다. 단계(208)에서, 기지국은 SC-FDMA를 이용하여 직교 주파수들의 할당된 서브세트를 통해 멀티플렉싱된 단일 반송파 주파수의 시간 간격을 반복하도록 할당한다. 단계(210)에서, 기지국은 MIMO-OFDM을 이용하여 직교 주파수들의 할당된 서브세트 상으로 데이터 통신을 송신하기에 충분한 다수의 시간 간격들을 할당한다. 일 실시예에서, 이동 통신 디바이스의 배터리가 거의 방전되는 경우, 기지국은 대신에 SC-FDMA를 이용하여 데이터 통신을 전송하기에 충분한 직교 주파수들 및 시간 간격들을 할당한다.

음성 통신 및 데이터 통신 양자 모두의 경우, 단계 212에서 기지국은 직교 주파수들 및 시간 간격들의 할당 및 변조 유형을 포함하는 관리 패킷을 송신한다. 단계 214에서, 이동 통신 디바이스는 관리 패킷을 수신한다.

단계 216에서, 이동 통신 디바이스는 음성 또는 데이터 통신을 심볼들의 하나 이상의 패킷들로 인코딩한다.

결정 과정(218)은 통신 유형을 점검한다. 프로세스(200)는 SC-FDMA를 위해 단계(220)로 진행하고, 프로세스(200)는 MIMO-OFDM을 위해 단계(222)로 진행한다.

단계(220)에서, 이동 통신 디바이스는 할당된 직교 주파수들을 통해 멀티플렉싱된 단일 반송파 주파수 상으로 스케줄링된 시간에 데이터 심볼들의 다음 패킷을 송신한다. 단계(224)에서, 기지국은 SC-FDMA 패킷을 수신하고 선택적으로 MIMO-OFDM을 이용하여 음성 대화의 다른 측을 위해 듀플렉스 패킷을 송신하고, 단계(226)에서, 이동 통신 디바이스는 이 듀플렉스 패킷을 수신한다. 결정 과정(228)은 통신이 완료되었는지의 여부를 점검한다. 통신이 완료되지 않은 경우, 프로세스(200)는 다음 패킷을 위해 단계(220)로 리턴한다.

단계(222)에서, 이동 통신 디바이스는 스케줄링된 시간에 할당된 직교 주파수들 상으로 데이터 심볼들을 송신한다. 데이터 심볼들의 패킷은 또한 MIMO-OFDM을 이용하여 공간적으로 멀티플렉싱된다. 단계(230)에서, 기지국은 데이터 패킷을 수신하고 스피어 디텍터를 이용하여 그 데이터 패킷을 디코딩한다. 결정 과정(232)은 데이터 통신이 완료되었는지의 여부를 점검한다. 데이터 통신이 완료되지 않으면, 프로세스(200)는 다음 데이터 패킷을 위해 단계(222)로 리턴한다.

본 발명의 실시예들이 다양한 통신 시스템들에 적용 가능한 것으로 생각된다. 본 발명의 다른 양태들 및 실시예들은 본 명세서에 개시된 본 발명의 사양 및 실행을 고려하여 발명 기술 분야의 당업자에게 명백하게 될 것이다. 사양 및 예시된 실시예들은 오직 예로서 고려되고, 본 발명의 진정한 범위는 다음의 특허청구범위에 의해 나타나는 것으로 의도된다.

Claims

이동 통신 디바이스에 있어서,
제 1 복수의 안테나들;
배터리; 및
상기 제 1 복수의 안테나들 및 상기 배터리에 결합되고 송신기 및 수신기를 포함하는 트랜스시버를 포함하고,
상기 트랜스시버는 수신 모드에서 동작 가능하고 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드에서 동작 가능하며,
상기 송신기는 상기 배터리의 충전 상태를 포함하는 요청 패킷을 생성하고 상기 요청 패킷을 기지국으로 송신하도록 구성되고;
상기 수신 모드에서, 상기 송신기는 송신하지 않도록 구성되고, 상기 수신기는 상기 수신 모드의 다중 입력 다중 출력 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(MIMO-OFDM) 변조를 갖는 제 1 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성되고;
제 2 패킷을 위한 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 것에 응답하여, 상기 송신기는 상기 제 2 패킷을 인코딩하고 상기 제 1 안테나들로부터 송신하도록 구성되고, 상기 제 2 패킷은 상기 제 1 송신 모드의 단일 반송파 주파수 분할 다중 액세스(SC-FDMA) 변조를 가지고;
제 3 패킷을 위한 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 것에 응답하여, 상기 송신기는 상기 제 3 패킷을 인코딩하고 상기 제 1 안테나들로부터 송신하도록 구성되고, 상기 제 3 패킷은 상기 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조를 가지고;
상기 요청 패킷에 응답하여, 상기 트랜스시버는 상기 기지국으로부터 관리 패킷을 수신하도록 구성되고, 상기 관리 패킷은, 상기 요청 패킷에 명시된 상기 배터리의 충전 상태가 상기 배터리의 충전이 충전 레벨 문턱값보다 작거나 같음을 나타내는 것에 응답하여, SC-FDMA 변조를 이용하여 송신하기 위한 직교 주파수들 및 시간 간격들의 스케줄을 포함하는 것인,
이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 상기 트랜스시버의 통신 동작 동안, 항상 상기 수신 모드 또는 상기 제 1 송신 모드 또는 상기 제 2 송신 모드 중 하나의 모드로 있는 것인 이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서, 상기 트랜스시버는 상기 수신 모드, 상기 제 1 송신 모드 및 상기 제 2 송신 모드 간에 시분할 멀티플렉싱 동작하도록 구성되는 것인 이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 트랜스시버에 결합된 제어 유닛을 더 포함하고,
펜딩 발신 패킷(pending outgoing packet)의 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 것에 응답하여, 상기 제어 유닛은 상기 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 기지국에 요청 패킷을 송신하도록 송신기에 지시하도록 구성되고;
상기 요청 패킷에 응답하여, 상기 트랜스시버는 상기 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 기지국으로부터 관리 패킷을 수신하도록 구성되고, 상기 관리 패킷에는 복수의 직교 주파수들의 서브세트가 지정되며;
상기 관리 패킷에 응답하여, 상기 제어 유닛은 상기 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 상기 펜딩 발신 패킷을 인코딩 및 송신하도록 송신기에 지시하도록 구성되고, 상기 펜딩 발신 패킷의 MIMO-OFDM 변조는 상기 안테나들을 통해 공간적으로 멀티플렉싱되고 상기 직교 주파수들의 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되는 것인 이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 송신기는 또한,
펜딩 발신 패킷의 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 것에 응답하여 상기 제 1 송신 모드로 상기 펜딩 발신 패킷을 송신하고;
상기 배터리의 충전 레벨이 충전 레벨 문턱값보다 작거나 같고 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 것에 응답하여 상기 제 1 송신 모드로 상기 펜딩 발신 패킷을 송신하고;
상기 배터리의 충전 레벨이 상기 충전 레벨 문턱값보다 크고 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 것에 응답하여 상기 제 2 송신 모드로 상기 펜딩 발신 패킷을 송신하도록 구성되는 것인 이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 송신 모드에서의 동작에 응답하여, 상기 송신기는 SC-FDMA 변조로 인코딩된 상기 제 1 패킷을 상기 제 1 안테나들 중 정확히 하나의 안테나로부터 송신하도록 구성되는 것인 이동 통신 디바이스.
제 1 항에 있어서,
상기 송신기는 상기 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 복수의 음성 패킷들의 각각을 송신하도록 구성되고,
상기 송신기는 또한 상기 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 복수의 이미지 패킷들의 각각을 송신하도록 구성되는 것인 이동 통신 디바이스.
이동 통신을 위한 시스템에 있어서,
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 이동 통신 디바이스; 및
상기 이동 통신 디바이스의 제 1 안테나들에 전자기적으로 커플링된 제 2 복수의 안테나들을 포함하는 기지국을 포함하고,
상기 기지국은 SC-FDMA 변조를 갖는 제 1 패킷 및 MIMO-OFDM 변조를 갖는 제 2 패킷을 수신 및 디코딩하도록 구성되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 기지국은 상기 제 2 안테나들에 결합된 제 1 디텍터(detector) 및 제 2 디텍터를 포함하고,
상기 제 1 디텍터는 상기 제 2 안테나들에서 수신된 상기 제 1 패킷의 SC-FDMA 변조를 디코딩하도록 구성되며,
상기 제 2 디텍터는 상기 제 2 안테나들에서 수신된 상기 제 2 패킷의 MIMO-OFDM 변조를 디코딩하도록 구성된 스피어 디텍터(sphere detector)인 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 기지국은, 복수의 직교 주파수들의 제 1 서브세트, 제 2 서브세트 및 제 3 서브세트의 할당을 생성하도록 구성되고, 또한 수신 모드 및 제 1 송신 모드 및 제 2 송신 모드를 위해 복수의 시간 간격들의 스케줄을 생성하도록 구성된 관리 유닛을 포함하고;
상기 이동 통신 디바이스는 수신기에 결합된 제어 유닛을 더 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 할당 및 상기 스케줄에 따라, 상기 제 1 송신 모드 및 상기 제 2 송신 모드에서 송신하도록 송신기에 지시하고 상기 수신 모드에서 수신하도록 수신기에 지시하도록 구성되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조는, 상기 제 1 복수의 안테나들 및 상기 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱되고, 상기 직교 주파수들의 제 1 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되고;
상기 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조는 상기 직교 주파수들의 제 2 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되며;
상기 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조는 상기 제 1 복수의 안테나들 및 상기 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱되고, 상기 직교 주파수들의 제 3 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 관리 유닛은 상기 이동 통신 디바이스에 관리 패킷을 송신하도록 기지국에 지시하도록 구성되고;
상기 관리 패킷은 상기 할당 및 상기 스케줄을 지정하며;
상기 수신기는, 상기 수신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 상기 기지국으로부터 상기 관리 패킷을 수신하고, 상기 관리 패킷으로부터의 상기 할당 및 상기 스케줄을 상기 이동 통신 디바이스의 제어 유닛에 포워딩하도록 구성되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 12 항에 있어서,
상기 제어 유닛은 또한 패킷의 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 큰 것에 응답하여, 상기 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 상기 기지국에 요청 패킷을 송신하도록 상기 이동 통신 디바이스의 송신기에 지시하도록 구성되고;
상기 관리 유닛은 또한 상기 요청 패킷에 응답하여 상기 관리 패킷을 송신하도록 상기 기지국에 지시하도록 구성되며;
상기 제어 유닛은 상기 관리 패킷에 응답하여, 상기 제 2 송신 모드의 MIMO-OFDM 변조로 상기 패킷을 인코딩 및 송신하도록 상기 송신기에 지시하도록 구성되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 13 항에 있어서,
상기 기지국은 스피어 디텍터를 더 포함하고;
상기 스피어 디텍터는 패킷의 MIMO-OFDM 변조를 디코딩하도록 구성되며;
상기 MIMO-OFDM 변조는, 상기 제 1 복수의 안테나들 및 상기 제 2 복수의 안테나들 간에 공간적으로 멀티플렉싱되고, 상기 직교 주파수들의 제 3 서브세트를 통해 주파수 멀티플렉싱되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.
제 12 항에 있어서,
패킷의 요청된 대역폭이 상기 제 1 송신 모드의 대역폭보다 크지 않은 것에 응답하여, 상기 이동 통신 디바이스의 제어 유닛은 상기 제 1 송신 모드의 SC-FDMA 변조로 상기 패킷을 인코딩하고 송신하도록 상기 이동 통신 디바이스의 송신기에 지시하도록 구성되는 것인 이동 통신을 위한 시스템.