KR101989200B1 - 무선통신시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

무선통신채널을 통해 송신기와 수신기 간에 디지털 신호를 통신하기 위한 방법이 기술되는데, 송신기와 수신기 중 적어도 하나는 전기적신호와 무선신호 사이에서 신호를 변환하기 위한 다수의 변환기들을 포함한다. 방법의 실시예들은 통신채널의 특성을 결정하는 단계(S302; S602)와; 적어도 결정된 특성을 기반으로, 다수의 변환기들로부터 복수의 변환기들을 선택하는 단계(S303, S305)와; 그리고 선택된 수의 변환기들을 사용하여 송신기에서 수신기로 디지털 신호를 통신하는 단계(S304)를 포함한다.

Description

무선통신시스템 및 방법{Wireless communications system and method}

무선통신채널을 통해 데이터를 통신하기 위한 무선통신방법과, 시스템과 장치가 기술된다.

수 미터 정도의 짧은 거리를 통해 1Gbit/s의 정도의 매우 높은 데이터전송에 대한 필요성은 60GHz 주파수대역에서 사용을 위한 전송장비의 개발의 배후에 있는 많은 추진요인들 중 하나이다. 60GHz 근처에서 이용할 수 있는 약 7GHz가 있기 때문에, 이는, 스펙트럼 효율성에서 충분히 많이 완화된 필요조건을 가지면서, 매우 큰 데이터율이 지원될 수 있다는 것을 의미한다.

이러한 필요조건들이 가시화될 수 있는 전형적인 애플리케이션은, 무선 고해상도 멀티미디어 인터페이스(High Definition Multimedia Interface:HDMI) 등에 대한, WLAN의고속 모드를 위한 것이다.

비록 이용할 수 있는 대역폭이 많이 있다고 하지만, 60GHz에서 동작에 의한 고유 단점이 있는데, 즉, 감쇠(attenuation)가 반송주파수 제곱(carrier frequency squared)에 비례하기 때문에 전파 감쇠(propagation attenuation)이 증가한다. 이는, 단지 짧은 거리들만이 합당한 전송출력으로 지원될 수 있기 때문이다. 그러나, 동일 대역을 사용하는 다른 송신기들로부터의 간섭이 기저열잡음(thermal noise floor) 아래로 빨리 붕괴되어, 뚜렷한 충격을 가지지 않는다는 점에서 큰 전파 감쇠는 장점을 가진다.

매우 높은 데이터전송을 위한 가시적인 애플리케이션들 중 하나는 일반고객 전자제품들이고, 또한 케이블 교체를 필요로 하기 때문에, 저전력 소비뿐만 아니라 저가 장치가 이루어지도록 하기 위하여 송신기와 수신기는 가능한 덜 복잡하게 되는 것이 바람직하다고 예상할 수 있다.

데이터율이 증가하면, 비트간격(bit duration;Tb)가 따라서 증가하게 되는데, 이는 다중-경로 전파로 인한 지연확산이 더 큰 문제가 되게 되고 또한 이는 일반적으로 채널 등화(channel equalization)를 필요로 할 수 있다는 것을 의미한다. 경험법칙은, 채널의 rms 지연확산이 Tb의 10%를 초과하는 경우에 등화기가 필요하다는 것이다.

1Gbt/s의 데이터율에서, Tb는 1ns 이어서, 수신기에서 등화기의 필요성을 없애기 위하여, 지연확산은 상기 경험법칙에 따라 0.1 ns를 초과하지 말아야 한다.

이러한 작은 지연확산은 송신기와 수신기 간에 단지 하나의 단일 전송경로가 존재하는 것에 실체로 대응한다. 상기에서 언급한 큰 전파 감쇠로 인해, 60GHz에서 측정한 채널에 대한 지연확산은, 예컨대 2.4GHz에서 채널을 측정하는 것보다 상당히 작게 된다. 비록, 실제로 지연확산이 상대적으로 작은 것으로 판명되었다 하더라도, 전형적으로 다중-경로 프로파일에서 여러 요소들이 경험된다. 지연확산을 더 줄이기 위해, 또한 때때로 단일 경로에 대한 다중-경로 채널을 효율적으로 줄이기 위해, 송신기와 수신기에서 다중 안테나들이 사용될 수 있다. 이러한 아이디어는, 다중-경로 채널에서 모두이지만, 가장 강한 요소만 더 억제하도록 빔-형성(beam-forming)을 사용하게 된다.

2007년 Proceedings of Aisa-Pacific Conference on Communication에 발표한 이 성구 외의 논문 "Performance Analysis of Beamforing Techinques in Ad-hoc Communication between Moving Vehicles"은, 빔-형성 기술을 사용하여 rms 지연확산이 상당히 줄어들 수 있다는 것을 판명하였다.

WO 2010/085722호는 MIMO, MISO, 또는 SIMO 통신시스템에 관한 것이다. 특히, 본 문서는, 안테나 구성이 SNR 또는 지연 확산과 같은 정보를 기반으로 선택되는, 다중-요소 안테나의 구성을 선택하기 위한 방법을 기술하고 있다.
US 2006/105724호는 통신시스템에서 데이터율을 설정하기 위한 방법을 기술한다. 이 시스테에서, 적응성 어레이신호 프로세싱의 설정의 일부로서, 제1무선장치는 제2무선장치로부터 트레인 신호를 수신하고, 그리고 수신한 트레인 신호들의 강도를 기반으로 안테나를 선택하다.
US 830487호는, MIMO 통신을 위해 사용되는 안테나들의 조합이 지연확산을 기반으로 선택되는, MIMO 통신시스템을 기술한다.
그러나, 고객제품의 맥락에서 볼 때, 동시에 전력소비를 줄이는 한편 높은 데이터율에서 작동할 수 있는 덜-복잡한 시스템을 제공하는 것이 여전히 바람직하다.

본 발명의 목적은 상기에서 언급한 단점을 극복할 수 있는 통신시스템과 방법을 제공하는 것이다.

송신기와 수신기 사이의 무선통신채널을 통해 신호를 통신하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 송신기와 수신기 중 적어도 하나는 전기신호와 무선신호 간에 신호를 변환시키기 위한 다수의 변환기(transducer)들을 포함하며, 상기 방법은:

- 무선통신채널의 측정된 또는 적어도 추정된 지연확산을 결정하는 단계와;

- 적어도 결정된 지연확산을 기반으로, 다수의 변환기들로부터 복수의 변환기들을 선택하는 단계와;

- 선택된 수의 변환기들을 사용하여 송신기에서 수신기로 무선신호를 통신하는 단계를 포함한다.

상기 복수의 변환기들을 선택하는 단계는, 지연확산이 규정된 임계치보다 더 작게 되도록 상기 수를 충분히 높게 선택하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 무선신호는 1GHz 이상의 주파수범위 내에 있는 무선-주파수신호일 수 있다. 예컨대, 무선신호는 1GHz와 100GHz 사이의 주파수범위 내에 있을 수 있다. 예컨대 50GHz보다 큰 것과 같은 10GHz 보다 클 수 있다. 상기 변환기들은 안테나들일 수 있다. 단일경로 채널을 이루기 위한 가능성은, 송신기 및/또는 수신기 내 안테나 소자들의 수가 증가함에 따라 증가한다.

그러므로, 결정된 채널상태들을 기반으로 송신기 및/또는 수신기에서 사용되는 변환기들의 수를 조정함으로써, 통신시스템은, 수신된 신호의 품질이 낮은 복잡도의 수신기에 의해 충분히 높게 처리될 수 있게 하는 것을 보장해준다. 몇몇 실시예들에서, 방법은 통신된 무선신호가 등화기 없이 수신기에 의해 처리될 수 있도록 충분히 많은 수의 변환기들을 선택하여, 등화기 사용이 없는 수신기의 사용이 이루어질 수 있도록 할 수 있다. 등화기를 피할 수 있는 전송링크를 이루는 것이 실현가능하지 않거나 또는 바람직하지 않은 경우에, 검출된 채널상태들로 안테나들의 수를 조정함으로써 필요한 복잡도의 등화기를 줄일 수 있다. 동시에, 필요한 신호처리 자원들과 송신기 및/또는 수신기의 전력소비는 이용가능한 안테나들의 선택된 서브 세트로서만 유지되고 또한 신호처리기에서 대응하는 신호경로들이 사용되어, 필요한 전력소비와 필요한 신호처리 자원들을 줄인다.

결정된 특성은 수신된 신호의 측정된 또는 적어도 추정된 지연확산일 수 있다. 예컨대 근 평균 제곱된(root-mean-squared:rms) 지연확산(Trms)일 수 있다. 대신에, 결정된 특성은 지연확산을 나타내는 다른 직접 또는 간접 측정일 수 있다. 예컨대, 다중-경로 전송채널에서 개별적인 전파경로들의 수를 나태는 측정일 수 있다. 특성은 하나 이상의 측정들에 의해 결정되거나 및/또는 하나 이상의 측정들을 기반으로 추정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 결정은. 예컨대 수신기에 알려진 규정된 심볼들의 시퀀스를 포함하는 테스트신호를, 상기 다수의 변환기들의 적어도 서브 세트를 사용하여 송신기에서 수신기로 통신하고, 또한 수신에 의해 수신된 테스트신호로부터 상기 특성을 추정하는 것을 포함한다.

그러므로, 여기서 기술한 방법의 몇몇 실시예들은 규정된 임계값과 결정된 특성을 비교하는 것을 포함한다. 예컨대, 방법은 rms 지연확산을, 비트간격의 규정된 부분, 예컨대 비트간격의 10%, 즉 정보의 비트를 전송하는데 필요한 시간의 규정된 부분과 비교하는 것을 포함한다. 그러므로, 선택은, 결정된 특성이 규정된 임계값보다 작게 되도록, 예컨대 충분히 높은 가장 작은 수가 되도록 상기 수가 충분히 높도록 선택하는 것을 포함한다. 특성과 임계치의 정의에 따라, 상기 수는 규정된 임계값보다 결정된 특성이 크게 되도록 충분히 높게 선택될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러므로, 여기서 기술한 방법의 몇몇 실시예들에서, 수신기에서 빔-형성에서의 복잡도와 복조에서의 복잡도 간에 가장 적절한 트레이트-오프를 얻게 된다. 한 특별한 경우는, 채널 등화기를 필요로 하는 일이 없이 수신이 될 수 있는 것을 보장한다. 규정된 상수 k, 예컨대 k=0,1에 대해 Trms < k*Tb라면 등화기에 대한 필요성을 피할 수 있기 때문에, 본 발명의 실시예는, 이 조건이 가장 효율적인 방식으로 충족되는 것을 보장한다.

통신한 신호는, 암화화되지 않은 데이터 또는 암호화된 데이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 양자 경우의 통신된 신호에 적용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 충분히 큰 수의 안테나들이 검출된 채널상태들을 기반으로 모든 상황에서 선택될 수 있는 충분히 큰 안테나 배열을 제공하는 것은, 필요한 배열의 크기 때문에 항상 바람직하거나 또는 실현 가능하지 않을 수 있다. 그러므로, 몇몇 실시예들에서, 방법은 결정된 특성을 기반으로, 상기 수의 변환기들과 비트율을 선택하는 것을 포함하고; 그리고 통신은 선택된 비트율에서의 통신 데이터를 포함한다. 그러므로, 몇몇 실시예들은, 수신기에 등화기를 필요로 하지 않는 전송이 탄력적으로 또한 -낮은 복잡도 방식으로 이루어지게 하고 또한 제한된 수의 안테나들로 이루어지게 한다. 이는, 등화기가 필요하지 않는 경우의 필요조건이 충족되도록, 송신기 및/또는 수신에서 사용되는 안테나의 수뿐만 아니라 비트율을 조정함으로써 이루어질 수 있다.

비트율은 변조방법을 변경함으로써 조정될 수 있어서, 통신한 심볼당 통신한 비트들의 수를 변경함으로써 조정될 수 있고 및/또는 심볼율을 변경함으로써, 즉 초당 전송된 심볼들의 수를 변경함으로써 조정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단순한 변조방법, 예컨대 이진 위상 편위 변조(binary phase-shift keying:BPSK) 변조방법이, 채널상태들에 적응적으로 감응하는 가변 심볼율과 조합하여 사용될 수 있어서, 낮은 복잡도와 효율적인 통신방법을 제공하여 높은 전송주파수들에서 높은 데이터율을 제공하게 된다.

통신시스템에서, 다수의 변환기들이 송신기 및/또는 수신기 측에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 통신은, 선택된 수의 변환기들을 사용하여 지향성 신호통신을 위해 송신기와 수신기 중 적어도 하나에 의해 빔-형성 신호처리 동작을 수행하는 것을 포함한다. 다수의 변환기들을 사용하는 빔-형성은 rms 지연확산을 극적으로 감소시키는 것으로 판명되었다(2007년 Proceedings of Aisa-Pacific Conference on Communication에 발표한 이 성구 외의 논문 "Performance Analysis of Beamforing Techinques in Ad-hoc Communication between Moving Vehicles" 참조).

몇몇 실시예들에서, 송신기는 제1의 다수의 송신 변환기들을 포함하고 그리고 수신는 제2의 다수의 수신 변환기들을 포함하고; 선택은, 상기 송신 변환기들 중에서 제1수의 송신 변환기를 그리고 상기 수신 변환기들 중에서 제2수의 수신 변환기를 선택하는 것을 포함하고; 그리고 통신은 선택된 제1수의 송신 변환기들과 제2수의 수신 변환기들을 사용하여 디지털신호를 통신하는 것을 포함한다. 그러므로, 방법은, 송신기 및/또는 수신에서 가용 자원들에 따라 송신기 및/또는 수신기의 전력소비를 최적화할 수 있도록 한다. 따라서, 향상된 유연성이 제공되어 시스템 복잡도를 감소시킬 수 있게 한다.

본 발명은 상기에서 기술한 방법과 또한 다음에 대응하는 장치와 시스템들과 제품들을 포함하는 상이한 면들에 관련되고, 각각은 상기에서 언급한 방법들과 조합하여 기술한 잇점과 장점들 중 하나 이상을 산출하고, 또한 각각은 상기에서 언급한 방법과 함께 기술한 실시에들에 대응하는 하나 이상의 실시예들을 가진다.

보다 상세히, 다른 면에 따라, 무선통신채널을 통해 신호를 통신하기 위한 통신장치는:

- 전기적 신호와 무선신호 간에 신호를 변환하기 위한 다수의 변환기를 포함하고, 통신장치는:

- 무선통신채널의 지연확산을 나타내는 무선통신채널의 특성을 결정하고;

- 적어도 결정된 특성을 기반으로, 다수의 변환기들로부터 복수의 변환기를 선택하고;

- 선택된 수의 변환기들을 사용하여 무선신호를 통신하도록 조정된다.

따라서, 통신장치의 실시예들은 전기적 신호의 빔-형성 동작을 수행하기 위해서 신호처리유닛을 포함한다. 몇몇 실시예들은 rms 지연확산을 결정하기 위한 회로를 포함한다. 몇몇 실시예들은 규정된 임계치와 결정된 지연확산을 비교하기 위한 비교기 회로를 포함한다. 몇몇 실시예들은 단지 선택된 서브 세트의 다수의 변환기들을 사용하여 빔-형성 동작을 수행하기 위해서 신호처리유닛을 제어하기 위한 제어회로를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 신호처리유닛은 다수의 상이한 비트율에서 데이터를 선택적으로 통신하도록 조정되고 또한 제어회로는 선택된 비트율에서 데이터를 통신하기 위한 신호처리유닛을 제어하도록 조정된다.

통신시스템은: 무선통신채널을 통해 서로에 대하 통신하도록 조정되는 송신기장치와 그리고 수신기 장치를 포함하고, 송신기 장치와 수신기 장치 중 적어도 하나는 전기적 신호와 무선신호 간에 신호를 변환하기 위한 다수의 변환기들을 포함하고, 시스템은:

- 무선통신채널의 지연확산을 나타내는 무선통신채널의 특성을 결정하고;

- 적어도 결정된 특성을 기반으로, 다수의 변환기들 중에서 복수의 변환기들을 선택하고;

- 선택된 수의 변환기들을 사용하여 송신기 장치에서 수신기 장치로 무선신호를 통신하도록 조정된다.

용어 통신장치는 고정 또는 휴대용 무선통신장비를 포함할 수 있다. 용어 휴대용 무선통신장비는 이동전화, 페이저, 통신기, 전자 수첩, 스마트 폰, 개인 디지털 보조장치(PDAQ), 휴대용 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 등과 같은 모든 장비를 포함한다. 용어 통신장치는 통신망의 일부로서 사용을 위한 통신장치, 예컨대 무선 액세스 포인트, 무선망 카트들 또는 인터페이스를 더 포함한다.

다음의 도면들을 참조하여 기술한 실시예들로부터 상기 및 다른 면들을 명확히 하거나 또는 설명한다.
도 1은 통신시스템의 개략적인 블록도.
도 2는 통신시스템의 개략적인 블록도.
도 3은 통신시스템에서 통신프로세스의 흐름도.
도 4는 통신시스템의 개략적인 블록도.
도 5는 통신시스템의 다른 예를 나타낸 도면.
도 6은 통신 프로세스의 흐름도.

등화기를 피할 수 있는 수신기의 맥락으로 다음 실시예들을 설명한다. 그러나, 여기에서 기술한 방법과 시스템의 실시예들은, 채널 등화기에서의 복잡도와 빔-형성에서의 복잡도 간에 보다 일반적인 트레이드-오프를 이루이기 위하여 적용될 수 있다.

도 1은 송신기(100)와 수신기(101)를 포함하는 통신시스템의 개략적인 블록도이다. 송신기(100)는 안테나(104)와 안테나에 연결되는 단일 처리유닛(105)를 포함한다. 수신기(101)는 다수의 안테나를 포함하는 안테나 배열(106)과, 그리고 안테나 배열에 연결되는 단일 처리유닛(107)을 포함한다. 도 1의 예에서, 안테나 배열은 4 개의 안테나들을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 배열은 상이한 수의 안테나들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 신호처리유닛(105)은 다음의 요소들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 증폭기, 전송하게 될 디지털신호의 D/A 변환을 위한 회로, 및 전송하게 될 신호를 변조하기 위한 변조기. 신호처리유닛(107)은 다음의 요소들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 증폭기, 수신한 신호의 A/D 변환을 위한 회로, 빔형성 회로 및 수신한 신호를 복조하기 위한 복조기. 빔형성 회로는 안테나 배열의 모든 안테나들 또는 선택된 서브 세트의 안테나들로부터 신호들을 수신하고 또한 원하는 방향으로부터의 신호들을 수신하고 그리고 원하지 않은 방향으로부터 신호들은 감쇠하기 위해서 빔형성 동작을 수행한다. 이는, 선택된 안테나들 각각에서 수신한 신호들의 진폭과 위상을 제어함으로써 이루어질 수 있다. 빔형성 동작은 원하지 않은 방향으로부터의 다중경로 신호들로부터의 간섭을 감소시키고 또한 원하는 방향으로부터 수신한 신호의 전력을 증가시키게 된다. 빔형성 회로는 예컨대, 기술분야에서 공지된 빔형성을 위한 최소 분산 추정기(Minimum Variance Estimator)와 같은 적절한 빔형성 기술을 사용할 수 있다. 일반적으로, 빔형성은 지향성 신호 전송 또는 수신을 위한 변환기(transducer)(안테나)에서 사용되는 신호처리기술이다. 적응성(adaptive) 또는 고정된 수신/송신 빔 패턴들을 사용하여 공간적 선택도(spatial selectivity)가 이루어진다. 예컨대 수신기에서 이는, 개선된 수신 성능을 위해 적절한 빔 패턴이 형성되도록 수신기 안테나들을 결합함으로써 사용될 수 있다. 전방향(omni-directional) 수신/전송과 비교하였을 때의 개선은 수신/송신 이득 또는 손실로서 알려져 있다.

일반적으로, 본 발명의 설명은 송신기와 수신에 관하지만, 몇몇 실시예들에서 송신기와 수신기는, 양방향 통신을 이루어지도록 송신기들과 수신기들 둘 다를 포함하는 각 장치들의 부품들일 수 있다. 도 1의 수신기는 수신한 신호의 지연확산을 결정하기 위한 회로(108)를 더 포함한다. 지연확산 결정회로(108)는 정합필터(matched filter)를 포함할 수 있고 또한 회로(108)는 신호처리유닛(107)으로부터 복조된 신호를 수신한다. 회로(108)는 안테나의 수를 선택하기 위해서 rms 지연확산을 결정하도록 조정되고 또한 결정된 지연확산을 제어회로(110)에 공급하도록 조정된다. 회로는 기술분야에 공지된 것과 같은 소정의 적절한 방법을 사용하여 지연확산을 결정할 수 있다. 이러한 방법은 채널의 임펄스 응답을 먼저 추정하는 것과 또한 지연확산을 결정하는 것을 기반으로 할 수 있거나, 또는 채널의 진폭함수에서 MHz 당 딥(dip)의 수를 계산함으로써 채널의 주파수 선택성이 어떠한지를 먼저 계산하는 것을 기반으로 할 수 있다. 예컨대, 제어회로(110)는 규정된 상수로 곱해진 수신신호의 비트간격과 결정된 rms 지연확산을 비교하도록 조정된 비교기를 포함할 수 있다.

이 비교를 기반으로, 제어회로(110)는, 현재 선택된 수의 안테나가 적절한지 또는 수가 변경되어야만 하는지를 결정하도록 조정된다. 예컨대, 만일 결정된 rms 지연확산이 규정된 상수로 곱해진 비트간격보다 크다면, rms 지연확산이 규정된 상수로 곱한 비트간격보다 작아지기 전까지 또는 배열의 모든 안테나들이 사용상태에 있을 때까지 안테나의 수들이 증가되어야만 한다고 제어회로는 결정할 수 있다. 제어회로는 또한, 예컨대 지연확산과 비트간격의 양이 소정의 규정된 임계치보다 적을 때 안테나의 수를 감소시키도록 구성될 수 있다는 것을 알 것이다. 대안으로 또는 부수적으로, 제어회로는 사용하게 될 안테나들의 실제 수 및/또는 수를 변경시키게 될 추정된 증가/감소를 추정할 수 있다. 추정은 예컨대, 지연확산이 안테나의 수에 따라 얼마나 변하는가를 기술하는 실제 모델을 기반으로 할 수 있다. 예컨대, 지연확산은 안테나의 수에 반비례한다. 제어회로는 선택된 수의 안테나들을 기반으로 수신신호의 처리를 수행하기 위하여 신호처리유닛을 제어하기 위해서 제어신호(109)를 신호처리유닛(107)에 공급하도록 조정된다.

도 2는 수신신호의 지연확산을 결정하기 위한 회로(208)를 더 포함한다. 지연확산 결정회로(208)는 정합필터를 포함하고 또한 회로(208)는 신호처리유닛(207)으로부터 복조된 신호를 수신한다. 회로(208)는 rms 지연확산을 결정하도록 이루어진다. 수신기(201)는 결정된 지연확산을 수신하고 또한 도 1과 관련하여 기술한 것과 같이 송신 안테나들의 수가 변경되어야만 하는지를 결정하도록 이루어지는 제어회로(210)를 더 포함한다. 제어회로는 예컨대 전송신호 경로와 수신기(201)의 적절한 송신기회로(명확히 도시되지 않음)를 통해 송신기(220)에 제어신호(209)를 신호전송하도록 이루어진다. 예컨대, 제어신호는 안테나의 수를 변경하도록, 예컨대 증가하도록 송신기에 표시할 수 있다. 제어신호는 필요한 안테나의 수를 나타낼 수 있다.

송신기(200)는, 수신한 제어신호에 의해 표시되는 바와 같은 상이한 수의 안테나들을 사용하여 신호처리유닛이 빔형성된 신호를 전송하도록 하기 위하여, 수신신호 경로와 송신기(200)의 적절한 수신기회로(명확히 도시되지 않음)를 통해 제어신호를 수신하고 또한 수신한 제어신호를 신호처리유닛(205)에 공급하도록 이루어진다.

도 3은 통신시스템, 예컨대 도 2의 시스템에서 통신 프로세스의 흐름도를 보여주는 것으로서, 여기서 하나를 초과하는 안테나가 송신기에서 사용되고, 그리고 시스템은, 수신기가 마스터 유닛으로 동작하고 송신기가 슬레이브 유닛으로 동작하는 마스터-슬레이브 시스템으로서 구성된다.

몇몇 실시예들에서, 상기에서 설명한 rms 지연확산과 비트율 간의 관계가 충족되도록 지연확산을 효율적으로 감소하기 위하여 필요한 최소수의 안테나들이 결정되고, 그런 다음에 실제 통신에 사용된다. 그 이유는, 가장 낮은 전력소비뿐만 아니라 가장 낮은 복잡도를 제공한다는 점에서 최소수의 안테나를 사용하는 것이 바람직하기 때문이다. 예컨대, 최소수는 도 3을 참조하여 기술하게 되는 바와 같이 반복적으로 결정될 수 있다.

rms 지연확산과 목표로 하는 비트간격 간에 규정된 관계를 이루어지게 하기에 충분히 큰 최소수의 안테나는, 송신기(TX)에서 단지 하나의 안테나로 시작하고, 그런 다음에 rms 지연확산이 충분히 감소될 때까지 안테나의 수를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 예컨대, 규정된 관계는 Trms < k^*Tb 일 수 있고, 여기서 Tb는 비트간격이다. 즉, 비트율의 역이고, Trms는 rms 지연확산이고, 그리고 k는 규정된 상수, 예컨대 k=0.1이다. 그러나, 이러한 반복적인 프로세스는, 모든 안테나들을 사용하고 또한 안테나의 수를 가능한 많이 연속적으로 감소시킴으로써 개시할 수 있거나, 또는 중간 수에서 시작하고, 그런 다음에 측정된 rms 지연확산에 따라 수를 증가 또는 감소시킬 수 있다.

도 3의 실시예에서, 마스터에서 슬레이브로 채널 측정들이, 슬레이브와 마스터 간의 채널에 대한 정확한 정보를 제공하기 때문에, 일차적으로 TDD 전송방법을 사용한다. 그러나, 여기에서 기술한 방법과 시스템의 실시예들은 또한 다른 전송방법과 조합하여 구현될 수 있다는 것을 알 것이다.

초기에, 초기 동기화단계(S301)가 수행되는데, 이 단계는 기술분야에서 잘 공지된 동기화 기술을 사용하여 수행될 수 있다. 초기단계(S301) 동안에, 마스터유닛은 슬레이브유닛에게, 가능한 가장 낮은 최소수의 안테나로 프로빙(탐색) 신호(probing signal)를 송신하도록 통지한다. 후속 프로빙(탐색) 단계(S302) 동안에, 마스터는 슬레이브유닛에게, 채널을 추정하기 위해서 (공지된) 심볼시퀀스를 전송하도록 요청한다. 단계(S303)에서, 수신한 프로빙 신호를 기반으로, 마스터유닛은 채널 상태를 결정하고 또한 원하는 지연확신 필요조건이 충족되도록 신호가 (예컨대, 심볼들을 디지털 선-암호화함으로써) 빔형성될 수 있는지를 결정한다. 조건이 충족되는 경우에, 선택된 수의 안테나들을 사용하여 실제 전송이 단계(S304)에서 시작된다. 실제 전송은 소정의 적절한 통신 프로토콜을 사용하여 수행될 수 있다. 그렇지 않으면, 즉 상기 필요조건이 충족되지 않는다면, 마스터유닛은 슬레이브유닛에게, 안테나의 수를 증가시키라고 통지하고(S305), 그리고 프로세스는 단계(S302)로 복귀한다.

도 3의 실시예에서, 단지 전송안테나의 수만이 선택된다. 그러나, 대안적으로 또는 부수적으로, 수신안테나의 수가 조정될 수 있다는 것을 알 것이다. 마스터에서 안테나의 수만이 변경되는 실시예, 예컨대 도 1의 실시예에서, 수신기가 마스터유닛으로 동작하면, 마스터는 슬레이브에게 전송안테나의 수를 증가/감소시키도록 통지할 필요가 없다.

몇몇 실시예들에서, 송신기와 수신기는 안테나 배열을 포함하고, 이 안테나 배열에서부터, 서브세트의 안테나들을 선택적으로 사용할 수 있고, 또한 안테나 배열은 마스터-슬레이브 시스템으로서 동작하고, 슬레이브유닛에서 가능한 가장 최소수의 안테나의 사용이 이루어지도록 하기 위하여, 마스터는 마스터에서의 안테나의 수를 초기에 증가시킬 수 있다. 이러한 선택방법은, 예컨대 마스터 또는 슬레이브유닛에서 배터리 전력을 절약하기 위하여 소정의 실시예들에서 바람직할 수 있다. 이 경우, 안테나 구성은 마스터와 슬레이브유닛 간에 적절한 타협의 결과에 따라 선택될 수 있다. 이는, 마스터 또는 슬레이브에서 안테나 소자들의 수의 증가를 개시하고 그리고 제1유닛이 전체 안테나 구성을 가질 때에만 다른 유닛에서 소자들의 수를 증가시키는 것을 의미할 수 있다. 이러한 것이 특히 유용한 상황은, 장치들 중 하나가 배터리로 전원공급되는 반면 다른 장치는 전기콘센트에 연결될 때이다.

도 4는 송신기(400)와 수신기(401)를 포함하는 통신시스템의 개략적인 블록도를 보여준다. 이 예에서, 수신기와 송신기 둘 다는 안테나 배열(404 및 406)들 포함하고, 배열 각각은 다수의 안테나들을 포함한다. 안테나 배열(404 및 406)는 동일하거나 또는 상이한 수의 안테나들을 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 송신기(400)는 안테나 배열(404)에 연결된 신호처리유닛(405)을 포함하고, 그리고 수신기(401)는 안테나 배열(406)에 연결된 신호처리유닛(407)을 포함한다.

도 4의 수신기는 수신신호의 지연확산을 결정하기 위한 회로(408)를 더 포함한다. 지연확산 결정회로(408)는 정합필터를 포함하고 그리고 회로(408)는 신호처리유닛(407)으로부터 복조된 신호를 수신한다. 회로(408)는 rms 지연확산을 결정하도록 이루어진다. 수신기(401)는 결정된 지연확산값을 수신하고 또한 도 1과 관련해 기술한 바와 같이 전송안테나의 수가 변경되어야만 하는지를 결정하도록 이루어지는 제어회로(410)를 더 포함한다. 만일 수가 변경된다면, 제어회로는, 안테나의 수들이 수신기에서 또는 송신기에서 변경되어야만 하는지를 더 결정한다. 만일 제어회로가, 송신기에서의 안테나의 수가 변경되어야만 한다고 결정한다면, 제어회로는 예컨대 전송신호 경로와 수신기(401)의 적절한 송신기회로(명확하게 미도시)를 통해 제어신호(409)를 송신기(400)로 신호전송하도록 조정된다. 예컨대, 제어신호는 송신기에게, 안테나의 수를 변경하도록, 예컨대 증가시키도록 표시할 수 있다. 제어신호는 필요한 안테나의 수도 나타낼 수 있다. 예컨대, 제어회로는 지연확산과 안테나의 수들과 관련되는 적절한 기능과, 테이블 또는 다른 적절한 맵핑을 구현할 수 있다. 지연확산 추정을 사용하여, 제어회로는 필요한 안테나들의 수를 결정할 수 있다. 만일 제어회로가, 수신기에서 안테나의 수가 변경되어야만 한다고 결정한다면, 제어회로는, 상이한 수의 안테나들을 기반으로 신호처리유닛이 수신된 신호에 빔형성 동작을 수행하도록 하기 위하여 대응하는 제어신호(419)를 신호처리유닛(407)에 공급하도록 조정된다.

송신기(400)는 예컨대 수신신호 경로와 송신기(400)의 적절한 수신회로(명확하게 미도시)를 통해 제어신호를 수신하고, 또한 수신된 제어신호에 의해 표시되는 바와 같은 상이한 수의 안테나들을 사용하여 신호처리유닛이 빔형성 신호를 전송하도록 하기 위하여 수신한 제어신호를 신호처리유닛(405)에 공급하도록 조정된다.

도 5는 송신기(500)와 수신기(501)를 포함하는 통신시스템의 다른 예를 보여준다. 수신기와 송신기 둘 다가 각각의 안테나 배열(504 및 506)를 포함하고, 배열 각각은 다수의 안테나들을 포함하는 점에서, 도 5의 시스템은도 4의 시스템과 유사하다. 송신기(500)는 안테나 배열(504)에 연결된 신호처리유닛(505)을 더 포함하고, 그리고 수신기(501)는 안테나 배열(506)에 연결된 신호처리유닛(507)을 더 포함한다. 수신기는 수신한 신호의 지역확산을 결정하기 위한 회로(508)와 그리고 결정된 지연확산을 수신하고 또한 송신안테나의 수가 변경되어야만 하는지를 결정하도록 조정되는 제어회로(510)를 더 포함한다. 만일 제어회로가, 송신기에서의 안테나 수가 변경되어야만 한다고 결정하면, 제어회로는 제어신호(509)를 송신기(50)에 신호전송하도록 조정된다. 만일 제어회로가, 수신기에서의 안테나 수가 변경되어야만 한다고 결정하면, 제어회로는, 상이한 수의 안테나들을 기반으로 신호처리유닛이 수신신호에 빔형성 동작을 수행하도록 하기 위하여 대응하는 제어신호(519)를 신호처리유닛(507)에 공급하도록 조정된다. 송신기(500)는 제어신호를 수신하고 또한 도 4와 관련해 상기에서 기술한 바와 같이, 수신된 제어신호에 의해 표시도는 바와 같은 상이한 안테나 수를 사용하여 신호처리유닛이 빔형성된 신호를 전송하도록 하기 위하여 수신된 제어신호를 신호처리유닛(505)에 공급하도록 구성된다.

도 5의 실시예에서, 송신기와 수신기는 각각의 신호처리유닛에 공급된 각각의 제어신호(521 및 522)들에 의해 제어되는 바와 같은 상이한 비트율들에서 동작될 수 있도록 이루어진다.

통신링크 상에서 비트율을 감소시키는 것은, 코드율(code rate)을 감소시키거나 및/또는 채널상수(channel constant)를 통해 전송되는 심볼율을 유지하는 한편 변조 알파벳(modulation alphabet)의 크기를 줄임으로써 이루어질 수 있는데, 이는 전형적으로 샘플링율에 의해 결정되기 때문이다. 대안으로서, 몇몇 실시예들에서, 통신시스템은 사용된 심볼율을 실제로 감소시킴으로써 비트율을 감소시킨다. 특별히, 한 실시예에서, 단순한 변조, 예컨대 에러 정정 코딩(error correcting coding)이 없는 이진 위상 편위 변조(binary phase-shift keying:BPSK)를 항상 사용할 수 있다. 이러한 실시예는, 통신과 신호처리가 매우 높은 데이터율에서 이루어지도록 한다. 그러므로, 심볼들은 이진수이고 또한 채널을 통해 전송된 비트율은 심볼율을 감소시킴으로써 감소될 수 있다.

도 5의 실시예에서, 수신기의 제어회로(501)는 프로빙신호를 기반으로, 수신기 및/또는 송신기에서의 안테나 수가 변경되어야 하는지, 및/또는 전송의 비트율이 변경되어야만 하는지를 결정한다. 안테나 수의 변경은 도 4와 관련해 기술한 바와 같이 제어된다. 만일 제어회로가, 비트율이 변경되어야만 한다고 결정하면, 제어회로는, 송신기에 제어신호(521)를 신호전송하고 또한 수신기의 신호처리유닛에 대응하는 제어신호(522)를 공급한다.

도 6은 가변수의 안테나들과 가변 비트율로 동작할 수 있는 통신시스템, 예컨대 도 5의 시스템에서 통신프로세서의 흐름도를 보여주는 것으로서, 수신기는 마스터유닛으로 동작하고 또한 송신기는 슬레이브유닛으로서 동작한다. 시스템은 TDD 전송방법을 사용하여 작동할 수 있는데, 이는 마스터에서 슬레이브로 채널 측정들이 슬레이브와 마스터 간의 채널에 대한 정확한 정보를 제공할 수 있기 때문이다. 이는 반대로도 이루어질 수 있다. 초기 동기화 단계(S601) 동안에, 마스터는 (충분히 낮은 비트율을 사용하여) 슬레이브에게, 초기(예컨대 높은) 비트율에서 또한 초기 수의 안테나들, 예컨대 마스터가 작동할 수 있는 가장 작은 수의 안테나(예컨대, 단일 안테나)로 프로빙 신호를 송신하도록 통지한다. 후속 프로빙 단계(S602)는 슬레이브유닛이 마스터에 공지된 규정돈 신호를 마스터에게 (초기 비트율과 초기 수의 안테나로) 마스터에게 전송하는 것과; 마스터가 초기 수의 수신 안테나로 프로빙 신호를 수신하는 것을 포함한다. 단계(S603)에서, 규정된 지연확산 관계가 충족되도록 신호가 수신될 수 있는지를 확인하기 위하여, 마스터는 수신한 프로빙 신호를 사용하여 채널 상태들을 추정한다. 이는, 복잡도(예컨대, 안테나 수의 면에서)와 심볼율 간에 바람직한 또는 필요한 균형이 충족되는지를 결정한다는 것을 의미한다. 만일 충족된다면, 프로세스는 단계(S604)로 진행하고, 여기서 전용 심볼율과 안테나 수를 사용하여, 또한 적절한 통신 프로토콜에 따라 실제 전송이 시작한다. 그렇지 않다면, 프로세스는 단계(S605)로 진행하고, 여기서 마스터유닛은 규정된 결정 알고리즘을 기반으로, 안테나의 수 및/또는 심볼율의 변경을 결정한다. 이러한 변경은, 지연확산 관계가 충족되는지에 따라 또한 심볼율과 복잡도 간의 필요한 균형이 충족되는지에 따라, 안테나의 수의 증가 또는 감소 및/또는 심볼율의 증가 또는 감소를 포함할 수 있다. 예컨대, 마스터는 초기에 수신기에서 안테나의 수를 증가시키도록 결정할 수 있다. 만일 최대 수의 수신기 안테나들이 이루어졌고 또한 지연확산 상태가 여전히 충족되지 않는다면, 송신 안테나의 수를 증가시키도록 마스터는 송신기에 신호전송할 수 있다. 만일 송신 안테나의 최대 수로 증가가 지연확산 상태를 충족시키기에 여전히 충분하지 않다면, 마스터는 지연확산 상태들이 충족될 때까지 심볼율이 감소되게 할 수 있다. 대안적인 결정방법을 대신에 사용할 수 있다는 것을 알 것이다. 일반적으로, 상기 단계들은 지연확산 필요조건들을 충족시키는 한편 심볼율을 위해 안테나 복잡도를 트레이드(trade)하는 프로세스를 구현한다. 단계(S605)에서, 만일 마스터유닛이 마스터에서 안테나의 수를 변경하기로 결정한다면, 마스터는 이 변경을 수행한다. 만일 마스터가 슬레이브에서 안테나의 수를 변경하기로 및/또는 비트율을 변경하기로 결정한다면, 마스터는 이러한 변경 요청을 슬레이브에 신호 전송한다. 계속하여, 구현된 변경이 지연확산 상태 및/또는 복잡도와 심볼율 간에 필요한 균형을 충족하기에 충분한지를 결정하기 위해서 프로세스는 단계(S902)로 진행한다.

여기에서 기술한 방법과 시스템이 주로 특정 실시예들과 관련해 기술하였다 하더라도, 여기에서 기술한 방법과 시스템은 대안적 실시예들과 관련해 구현될 수 있다는 것을 알 것이다. 예컨대, 여기에서 기술한 방법과 시스템은 주로, 통신장치들 중 하나는 마스터유닛으로 동작하고 다른 하나는 슬레이브유닛으로 동작하는 통신장치인 마스터-슬레이브 시스템과 관련해 기술하였다. 그러나, 여기에서 기술한 방법과 시스템은, 서브-배열로부터 다수의 안테나의 선택이 통신장치들 중 하나의 독단에 의해 또는 통신장치들 간에 다른 적절한 협상방법에 의해 수행될 수 있는 대안적 통신시스템들에서 구현될 수 있다.

게다가, 여기에서 기술한 방법과 시스템의 실시예들이 안테나와 무선-주파수 통신의 면에서 기술하였다 하더라도, 방법과 기술은 다른 형태의 변환기들 및/또는 통신신호들과 조합하여 적용될 수 있다는 것을 알 것이다.

대안적 실시예들에서, 수신기 또는 송신기에서 단지 심볼율과 안테나 소자들의 수만이 변경될 수 있다는 것을 알 것이다. 송신 및/또는 수신 안테나의 수와 심볼율 둘 다의 선택은 심볼율과 복잡도(전력) 간에 트레이드 오프가 이루어지게 한다.

일반적으로, 몇몇 실시예들에서, 이전 접속성 상태에서부터 절약된 구성은 통신을 반복적으로 셋팅하기 위한 시작점으로써 사용될 수 있어서, 많은 상황에서 적절한 안테나의 수 및/또는 심볼율을 결정하는데 필요한 시간을 감소시킨다.

여기에서 기술한 방법, 제품 수단 및 장치들은 여러 개의 개별적인 소자들을 포함하는 하드웨어로 구현될 수 있고, 또한 적절히 프로그램된 마이크로프로세서에 의해 구현될 수 있다. 장치는 열거한 여러 수단을 주장하고, 이들 수단들 중 다수는 동일한 아이템의 하드웨어, 예컨대 적절히 프로그램된 마이크로프로세서, 하나 이상의 디지털 신호 프로세서 등에 의해 실시될 수 있다. 소정의 척도가 상호간에 상이한 종속항들에서 인용되거나 또는 상이한 실시예들에 기술된다는 단순한 사실은, 이들 척도들의 조합이 잇점으로서 사용될 수 없다는 것을 나타내지는 않는다.

이 명세서에서 사용하는 용어 "포함하다/포함하는"는 진술한 특징, 정수들, 단계들 또는 부품들을 명시하기 위해서 취하였지만, 특징들, 정수들, 단계들, 부품들 또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 방해하지는 않는다는 것을 강조한다.

Claims (17)

1. 송신기(100, 200, 400, 500) 및 수신기(101, 201, 401, 501) 간에 무선통신 채널을 통해 신호를 통신하기 위한 방법으로서, 상기 송신기와 수신기 중 적어도 하나는 전기적신호와 무선신호 사이에서 신호를 변환하기 위해서 다수의 변환기(106, 204, 404, 406, 504, 506)를 포함하도록 구성되고, 상기 수신기는 등화기가 없는 수신기이며:
   - 무선통신채널의 측정된 또는 적어도 추정된 지연확산을 결정하는 단계(S302: S602)와;
   - 적어도 결정된 지연확산을 기반으로, 다수의 변환기들로부터 어떤 수의 변환기를 선택하는 단계(S303, S305)와;
   - 선택된 수의 변환기들을 사용하여 송신기에서 수신기로 무선신호를 통신하는 단계(S304)를 포함하며,
   상기 선택단계는 결정된 지연확산이 규정된 임계치보다 작게 되도록 하기 위해서 상기 수를 충분히 높게 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 변환기는 안테나인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 지연확산은 전파경로들의 추정된 수로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 선택단계는, 등화기 없이 수신기에 의해 통신된 무선신호가 처리될 수 있도록 상기 수를 충분히 높게 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 삭제
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 선택단계는, 근 평균 제곱된(root-mean-squared:rms) 지연확산이 정보의 비트를 전송하는데 필요로 하는 시간의 규정된 부분보다 작게 되도록 상기 수를 충분히 높게 선택하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   송신기(400)는 제1의 다수의 송신 변환기(404)들을 포함하고, 수신기(401)는 제2의 다수의 수신 변환기들을 포함하고; 상기 선택단계는 제1수의 상기 송신 변환기들과 제2수의 상기 수신 변환기들을 선택하는 단계를 포함하고; 상기 통신단계는, 선택된 제1수의 송신 변환기들과 제2수의 수신 변환기들을 사용하여 디지털 신호를 통신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 결정단계는, 다수의 변환기들중 적어도 서브세트를 사용하여 송신기에서 수신기로 테스트신호를 통신하는 단계와; 수신기에 의해 수신된 테스터신호로부터 상기 지연확산을 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 통신단계는, 선택된 수의 변환기들을 사용하여 지향성 신호통신을 위해 송신기와 수신기 중 적어도 하나에 의해 빔형성 신호처리 동작을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은 결정된 지연확산을 기반으로 상기 변환기들의 수와 비트율을 선택하는 단계(S603, S605)를 포함하고; 그리고 상기 통신단계는, 선택된 수의 변환기들과 선택된 비트율을 사용하여 송신기에서 수신기로 무선신호를 통신하는 단계(S604)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제10항에 있어서,
    비트율을 선택하는 단계는, 대응하는 심볼율을 선택하는 단계를 포함하고; 그리고 통신단계는 선택된 수의 변환기들과 선택된 심볼율을 사용하여 무선신호를 통신하는 단계(S604)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 무선통신채널을 통해 신호를 통신하기 위한 통신장치(100, 200, 400, 500, 101, 201, 401, 501)로서:
    전기적신호와 무선신호 사이에서 신호를 변환하기 위한 다수의 변환기(106, 204, 404, 406, 504, 506)를 포함하고, 상기 통신장치는:
    - 무선통신채널의 측정된 또는 적어도 추정된 지연확산을 결정하도록 이루어지고;
    - 적어도 결정된 지연확산을 기반으로,
    - 선택된 수의 변환기들을 사용하여 무선신호를 통신하도록 이루어지며,
    상기 통신장치는 결정된 지연확산이 규정된 임계치보다 작아지도록 하기 위해서 상기 수를 충분히 높게 선택하도록 이루어지고,
    등화기가 없는 수신기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통신장치.
    
13. 삭제
14. 제12항에 있어서,
    상기 통신장치는, 제1수의 전송 변환기들과 제2수의 수신 변환기들을 선택하고; 그리고
    선택된 제1수의 송신 변환기들과 제2수의 수신 변환기들을 사용하여 디지털 신호를 통신하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 통신장치.
15. 제12항에 있어서,
    상기 통신장치는 결정된 지연확산을 기반으로, 상기 수의 변환기들과 비트율을 선택하고; 그리고
    선택된 수의 변환기들과 선택된 비트율을 사용하여 송신기에서 수신기로 무선신호를 통신하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 통신장치.
16. 신호를 통신하기 위한 통신시스템에 있어서, 시스템은:
    무선통신채널을 통해 서로 간에 통신하도록 이루어지는 송신기 장치(100, 200, 400, 500)와 수신기 장치(101, 201, 401, 501)를 포함하고, 송신기 장치와 수신기 장치 중 적어도 하나는 제12항에 따른 통신장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신시스템.
17. 삭제

Images