KR20020014774A - 다중 송신 및 수신 안테나들을 구비한 무선 시스템들용시공간 처리 - Google Patents

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Abstract

얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 개루프 시스템을 사용하여 달성될 수 있는 완전 개루프 용량(capacity)이 달성되도록 다중 송신 및 다중 수신 안테나들을 구비한 무선 시스템에서 사용하기 위한 신호들이 전개된다. 본 발명의 원리에 따라서, 최대 정보량을 전하는 능력을 향상시키기 위해서 여러 안테나들로부터 송신되는 신호들이 처리된다. 구체적으로, 송신될 데이터는 M+1개의 서브스트림들로 분할되고, 여기서 M은 송신 안테나들의 수이다. 각각의 송신 안테나에는 서브스트림 중 공통의 것에 대한 가중치가 가중된 것과 그 안테나에만 공급되는 서브스트림 각각에 대한 가중치가 가중된 것으로 구성되는 조합 신호가 공급되므로, M개의 송신 신호들이 존재한다. N개의 안테나들을 갖는 수신기는 채널에 의해 조합된 M개의 송신 신호들을 수신하여 이로부터 원래의 데이터를 재구성한다. 이것은 연속 디코딩 기술들에 의해 달성될 수 있다. 용량, 즉, 송신기가 순간 순방향 채널 상태를 모를 때 임의의 작은 에러 확률로 전해질 수 있는 정보 레이트가 최대화되는 이점이 있다.

Description

다중 송신 및 수신 안테나들을 구비한 무선 시스템들용 시공간 처리{Space-time processing for wireless systems with multiple transmit and receive antennas}
본 발명은 무선 통신 기술에 관한 것으로, 특히 송신기에 다중 안테나들과 수신기에 다중 안테나들을 사용하는, 소위 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템들을 사용하는 무선 통신 시스템에 관한 것이다.
이 기술에서, 단일 안테나, 즉 단일 안테나 대 단일 안테나 혹은 다중 안테나 대 단일 안테나 시스템에 비해 다중 입력 다중 출력(MIMO) 시스템이 극적으로 향상된 용량을 달성할 수 있음이 공지되어 있다. 그러나, 이러한 향상을 달성하기 위해서, 상당한 분산(scattering) 환경이 존재하여 다중 수신 안테나들에 도달하는 여러 신호들이 크게 상관되지 않는 것이 바람직하다. 신호들이 어느 정도의 상관을 가지고 있고 이러한 상관이 무시된다면, 성능이 저하하고 용량이 감소된다.
얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 얻어지게 하는, MIMO 시스템에서 신호를 전개하는 방법을 발명하였다. 본 발명의 원리에 따라서, 최대 정보량을 전하는 능력을 향상시키기 위해서 여러 안테나들로부터 송신되는 신호들이 처리된다. 구체적으로, 송신될 데이터는 M+1개의 서브스트림들로 분할되는데, 여기서 M은 송신 안테나들의 수이다. 각각의 송신 안테나에는 서브스트림 중 공통의 것에 대한 가중치가 가중된 것과 그 안테나에만 공급되는 서브스트림 각각에 대한 가중치가 가중된 것으로 구성되는 조합 신호가 공급되므로, M개의 송신 신호들이 존재한다. N개의 안테나들을 갖는 수신기는 채널에 의해 조합된 M개의 송신 신호들을 수신하여 이로부터 원래의 데이터를 재구성한다. 이것은 연속 디코딩 기술들에 의해 달성될 수 있다. 용량, 즉 송신기가 순간 순방향 채널 상태를 모를 때 임의의 작은 에러 확률로 전해질 수 있는 정보 레이트가 최대화되는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 가중치들은 역방향 링크의 송신기에 의해 순방향 링크의 수신기로부터 수시로 송신됨으로써 순방향 링크의 송신기에 알려진, 한 송신기 링크의 채널 통계치들을 사용하여 순방향 채널 송신기에 의해 결정된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 가중치 파라미터 혹은 가중치들은 순방향 링크의 채널 통계치들을 사용하여 순방향 채널 수신기에 의해 결정되며, 결정된 가중치 파라미터 혹은 가중치들은 역방향 링크의 송신기에 의해 순방향 링크의 수신기로부터 수시로 송신됨으로써 순방향 링크의 송신기에 알려진다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 달성되도록, 순방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 송신기 부분을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 원리에 따라서 구성된 MIMO 시스템용 수신기 부분을 도시한 도면.
도 3은 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 달성되도록, MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 프로세스를 흐름도로 도시한 도면.
도 4는 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 달성되도록, MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 다른 프로세스를 흐름도로 도시한 도면.
도 5는 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 달성되도록, 순방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 다른 송신기 부분을 도시한 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
101 : 디멀티플렉서 105 : 가중치 공급기
107, 201 : 안테나 109 : 가산기
111 : 곱셈기 115, 203 : 무선 주파수(RF) 변환기
207 : 채널 통계치 추정부 209 : 가중치 파라미터 계산기
211 : 스위치
다음은 본 발명의 원리를 단지 예시한 것이다. 따라서 이 기술에 숙련된 자들은 여기 명백하게 기술하거나 도시되지 않았어도, 본 발명의 원리를 실현하며 본 발명의 정신 및 범위 내에 포함되는 여러 가지 구성을 고안할 수 있음을 알 것이다. 더구나, 모든 예 및 여기 인용된 조건부 언어는 주로 본 발명의 원리 및 기술 확장에 본 발명자가 기여한 개념을 이해하는데 있어 읽는 자에게 도움을 줄 교시적인 목적으로만 표현되게 의도된 것으로 이러한 명시적으로 인용된 예 및 조건으로 제한함이 없이 해석되어야 한다. 더욱이, 본 발명의 원리, 특징, 및 실시예와, 특정 예를 인용하는 모든 서술은 이의 구조적 및 기능적 등가물을 포괄하도록 의도된 것이다. 또한, 이러한 등가물은 앞으로 개발될 등가물, 즉 구조에 관계없이 동일한 기능을 수행하도록 개발된 임의의 요소만이 아니라 현재 알려진 등가물을 모두 포함하도록 의도된 것이다.
따라서, 블록도는 본 발명의 원리를 사용하는 예시된 회로의 개념도를 나타낸 것임을 이 기술에 숙련된 자들은 알 것이다. 마찬가지로, 임의의 플로우 차트, 흐름도, 상태 천이도, 의사부호, 등은 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체에 넣을 수 있고, 컴퓨터 혹은 프로세서를 분명히 나타내었건 아니건 간에 컴퓨터 혹은 프로세서로 실행될 수 있음을 알 것이다.
“프로세서”로 라벨이 붙여진 기능 블록들을 포함하여, 도면에 도시한 여러 가지 요소들의 기능들은 적합한 소프트웨어와 관련하여 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어만이 아니라 전용 하드웨어를 사용하여 제공될 수 있다. 프로세서에의해 제공되었을 때, 기능들은 단일의 전용 프로세스에 의해서, 혹은 단일의 공유 프로세서에 의해서, 또는 일부 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서들에 의해서 제공될 수 있다. 또한, 명료하게 사용된 “프로세서”혹은 “제어기”라는 용어는 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어만을 지칭하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 제한 없이, 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 기억장치를 함축적으로 포함한다. 기존의 및/혹은 특정한 다른 하드웨어가 포함될 수 있다. 마찬가지로, 도면에 도시한 어떠한 스위치들이든 단지 개념적인 것이다. 이들의 기능은 프로그램 로직의 동작을 통해서, 전용의 로직을 통해서, 혹은 프로그램 제어 및 전용 로직의 상호작용을 통해서, 혹은 수동으로 실행될 수 있고, 특정의 기술은 정황으로부터 보다 구체적으로 이해되는 구현자(implementor)에 의해 선택될 수 있다.
청구범위에서, 명시된 기능을 수행하는 수단으로서 표현된 어떠한 요소든 이것은, 예를 들면, a) 그 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 혹은 b) 기능을 수행하도록 소프트웨어를 실행하는 적합한 회로로 조합된 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트웨어를 포함하는 상기 기능을 수행하는 어떠한 것이든 이를 포괄하도록 의도된 것이다. 이러한 청구범위에 규정된 본 발명은 여러 가지 인용된 수단에 의해 제공된 기능성들이 청구범위들이 청구하는 방식으로 조합 및 결합된다는 사실에 놓여있다. 이에 따라 출원인은 이들 기능성들을 제공할 수 있는 어떠한 수단이든 이를 여기 나타낸 것들과 등가물로서 간주한다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 얻어지게 순방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하는 송신기 부분을 도시한 것이다. 도 1에는 a) 디멀티플렉서(demux) (101); b) 가중치 공급기(105); c) 안테나들(107-1 내지 107-M)을 포함하는 안테나들(107); d) 가산기들(109-1 내지 109-M)을 포함하는 가산기들(109); e) 곱셈기들(111-1 내지 111-M+1); 및 f) 115-1 내지 115-M를 포함하는 무선 주파수(RF) 변환기들(115)이 도시되어 있다.
디멀티플렉서(101)는 입력으로서 데이터 스트림을 받아, 입력 데이터 스트림으로부터 각종의 비트들을 각각의 데이터 서브스트림들에 공급함으로써 출력으로서 M+1개의 데이터 서브스트림들을 공급한다. 데이터 서브스트림들은 디멀티플렉서(101)에 의해서 각각의 곱셈기(111)에 공급된다. 곱셈기(111-1 내지 111-M)는 가중치 공급기(105)에 의해 공급된 제 1 가중치로, 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들 각각의 값을 곱한다. 통상, 제 1의 M개의 가중 데이터 서브스트림들 각각은 레이트가 동일하다. 유사하게, 곱셈기(111-M+1)는 가중치 공급기(105)에 의해 공급된 제 2 가중치로, M+1번째의 데이터 서브스트림의 각각의 값을 곱한다.
통상 M+1번째의 데이터 서브스트림은 레이트가 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들과는 동일하지 않다. 이 기술에 통상의 지식을 가진 자는 알겠지만, 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들 및 M+1번째의 데이터 서브스트림의 특정한 레이트들은 수신기, 특히 수신기가 연속 분해를 수행하는 순서에 따른다. 이에 따라, 수신기와 송신기 간에 수시로 특정한 레이트들이 결정된다. 채널이 상관되면 될수록,M+1번째의 데이터 서브스트림의 레이트가 점점 더 커짐에 유의한다.
제 1 및 제 2 가중치들은 서로 관련될 수 있고, 후술하는 바와 같이, 순방향 채널의 통계치들로부터 도출될 수 있는 공통 가중치 파라미터로부터 가중치 공급기(105)에 의해 전개될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 가중치 공급기(105)는 도 2에 도시한 수신기로부터 역방향 채널을 통해 수신된 정보에 응답하여 가중치를 실제로 전개한다. 본 발명의 다른 실시예에서 가중치들은 수신기에서 전개된 후에 역방향 채널을 통해 송신기로 공급되며, 이들 가중치는 이들 가중치를 필요로 할 때까지 가중치 공급기(105)에 저장된다. 본 발명의 양태에 따라 가중치를 전개하는 프로세스를 이하 기술한다.
제 1의 M개의 가중 데이터 서브스트림들 각각은 가산기들(109) 각각의 입력으로서 공급된다. 가산기들(109) 각각은 또한 그의 다른 입력에서, 곱셈기(111-M+1)에 의한 출력으로서 공급되는 가중된 M+1번째의 데이터 서브스트림을 수신한다. 조합된 브랜치 신호를 생성하기 위해 각각의 가산기들(109)은 그것에 입력된 2개의 가중 데이터 서브스트림들을 조합한다. 이에 따라, 가산기들(109) 각각에 의해 하나씩 M개의 조합된 브랜치 신호가 생성된다. 무선 주파수(RF) 변환기들(115) 각각은 M개의 조합된 브랜치 신호들 각각을 수신하여 이로부터 M개의 조합된 신호들에 대한 무선 주파수 신호들을 전개하고, 이어서 각각의 안테나들(107)에 송신을 위해 공급된다.
도 2는 본 발명의 원리에 따라 구성된 MIMO 시스템용 수신기 부분을 도시한 것이다. 도 2는 a) 안테나들(201-1 내지 201-N)을 포함하는 N개의 안테나들(201);b) 무선 주파수(RF) 변환기들(203-1 내지 203-N)을 포함하는 무선 주파수들(RF) 변환기(203); c) 채널 통계치 추정부(207); e) 선택적 가중치 파라미터 계산기(209); 및 f) 선택적 스위치(211)를 도시하고 있다. 각각의 안테나들(201)은 무선 신호들을 수신하여 이에 대한 전기 버전을 이의 각각의 연관된 무선 주파수(RF) 변환기들(203)에 공급한다. 각각의 무선 주파수(FR) 변환기들(203)은 수신한 신호를 베이스밴드로 하향변환(downconvert)하고, 수신된 베이스밴드 아날로그 신호를 디지털로 변환하여, 디지털 표시를 채널 통계치 추정부(207)에 공급한다.
채널 통계치 추정부(207)는 채널에 관한 어떤 통계치들을 전개한다. 특히, 채널 통계치 추정부(207)는 a) 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, ρ, 및 b) 채널 성분들간의 상관 추정치, η을 전개한다. 채널 성분들간의 상관은 통상의 방법으로 전개되는 순방향 행렬 채널 응답의 추정치를 사용하여 전개된다. 행렬이 필요한 것은 다중 송신 안테나들과 다중 수신 안테나들이 있기 때문이다. 구체적으로, 시간 구간에 걸쳐 채널 성분들간의 상관은 η= K/(K+1)로서 계산될 수 있고, 여기서 K는 잘 알려진 리션 공간 K-인자(Ricean spatial K-factor)이다.
채널 통계치들은 선택적 가중치 파라미터 계산기(209)에 공급되거나, 역방향 채널을 통해 송신기로 공급된다(도 1). 채널 통계치들이 가중치 파라미터 계산기(209)로 공급되면, 가중치 파라미터 계산기(209)는 본 발명에 따라 후술하는 바와 같이, 사용될 가중치 파라미터를 결정하여, 결과로 나온 가중치 파라미터를 역방향 채널을 통해 송신기(도 1)에 공급한다.
도 3은 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 개루프 프로세서로 얻어지도록, N개의 수신기 안테나들을 갖는 수신기로의 순방향 채널과 수신기에서 송신기로 통신하기 위한 역방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 프로세스를 흐름도로 도시한 것이다. 도 3의 프로세스는 스위치(211)가 다음과 같이 채널 통계치 추정부(207)에 접속된 도 1 및 도 2의 하드웨어를 사용하는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있다.
먼저, 채널 통계치들이 안정된 시간 길이를 결정할 필요가 있다. 이것은 통상 이 기술에 통상의 지식을 가진 자들에게 공지된 바와 같이, 시스템이 배치될 환경에 대한 측정치들을 사용하여, 시스템을 전개하는 시스템 엔지니어링 단계에서 수행된다. 채널 통계치들이 안정된 시간 길이를 일단 알면, 그 시간은 이 동안 정보를 모아 각각의 통계치를 생성할 시간이다.
도 3의 프로세스는 각각의 시간이 시작될 때 단계 301에서 시작된다. 다음에, 단계 303에서, 채널 통계치들이 그 시간 동안 추정된다.
그 후에, 단계 305에서, (도 3) 통계치들은 순방향 링크의 수신기에 의해 순방향 링크, 예를 들면 역방향 채널을 통해 송신기로 공급된다.
단계 307에서, 제 1 및 제 2 가중치, 예를 들면 가중치 공급기(105)(도 1)에의해서 α1및 α2가 계산된다. 구체적으로, 가중치들은 다음과 같이 계산된다.
여기서, M, N, ρ, η는 전술한 바와 같고 PT는 사용 가능한 총 송신 전력이다. 이에 따라, 2개의 가중치들 중 하나는 이로부터 다른 가중치가 예를 들면,
에 따라 결정되는 가중치 파라미터로서 작용하게 하는 2개의 가중치들간에 관계가 있음을 알 수 있다.
단계 309에서, 입력 데이터 스트림은 예를 들면 디멀티플렉서(101)(도 1)에 의해 M+1개의 서브스트림들로 분할된다. 각각의 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들은 단계 311에서, 가중치 α1과 곱해진다(도 3). 즉, 각각의 특정한 데이트 스트림의 각 비트는 M개의 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 α1과 곱해진다. 또한, M+1번째의 데이터 서브스트림은 M+1번째의 가중 데이터 서브스트림을 생성하기 위해 α2과 곱해진다.
단계 313에서, 각각의 제 1의 M개의 가중 데이터 서브스트림들과 M+1번째의 가중 데이터 서브스트림을 예를 들면 가산기들(109)로 조합한다. 이어서 프로세스는 단계 315에서 빠져나간다.
도 4는 본 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 개루프 프로세서로 얻어지도록, N개의 수신기 안테나들을 갖는 수신기로의 순방향 채널과 수신기에서 송신기로 통신하기 위한 역방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 다른 프로세스를 흐름도로 도시한 것이다. 도 4의 프로세스는 스위치(211)가 가중치 계산기(209)에 접속되어 있는 도 1 및 도 2의 하드웨어를 사용하는 본 발명의 실시예에서 사용될 수 있다. 도 4의 프로세스에 있어서, 도 1의 가중치 공급기(105)는 여러 가중치들을 계산하지 않을 것이지만 그 대신 가중치 계산기(209)로부터 수신된 가중치들을 저장하고 이들을 필요할 때 곱셈기들(113) 각각에 공급하기만 할 것임에 유념한다.
도 4의 프로세스는 각각의 시간이 시작될 때 단계 301에서 시작된다. 다음에, 단계 404에서, 채널 통계치들이 그 시간 동안 추정된다.
단계 405에서, 가중치들 α1및 α2중 적어도 하나가 예를 들면 가중치 파라미터 계산기(209)(도 2)에 의해 계산된다. 적어도 하나의 가중치, 혹은 이들 두 가중치들 모두가 계산된 경우, 이들 가중치는 전술한 바와 동일하게 계산된다. 가중치들 중 하나를 계산하는 것만이 필요하고 이 가중치는 이로부터 전술한 관계를 사용하여 송신기에서 결정될 수 있는 가중치 파라미터로서 작용할 수 있다.
그 후, 단계 407에서, 이들 두 가중치들 혹은 결정된 가중치 파라미터는 예를 들면 역방향 채널을 통해 순방향 링크의 송신기로 순방향 링크의 수신기에 의해공급된다. 가중치는 가중치 공급기(105)(도 1)에 저장된다. 단지 한 가중치가 가중치 파라미터로서 공급된다면, 다른 가중치는 가중치 공급기(105)에서 계산되어 거기에 저장된다.
단계 409에서, 입력 데이터 스트림은 예를 들면 디멀티플렉서(101)(도 1)에 의해 M+1개의 서브스트림들로 분할된다. 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들 각각은 이어서 단계 411에서 가중치 α1과 곱해진다. 즉, 각각의 특정 데이터 스트림의 각 비트는 M개의 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 α1과 곱해진다. 또한, M+1번째의 데이터 서브스트림은 M+1번째의 가중 데이터 서브스트림을 생성하기 위해 α2과 곱해진다.
단계 413에서 제 1의 M개의 가중 데이터 서브스트림들 각각의 하나와 M+1번째의 가중 데이터 서브스트림이 예를 들면 가산기들(109)에 의해 조합된다. 이어서 프로세스는 단계 415에서 빠져나간다.
도 5는 본 발명의 원리에 따라서, 얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 얻어지도록, 순방향 채널로 송신하는 M개의 송신 안테나들을 구비한 송신기를 갖춘 MIMO 시스템에서 송신할 신호들을 전개하기 위한 다른 프로세스를 흐름도로 도시한 것이다. 도 5에는 a) 디멀티플렉서들(demux)(501, 503); b) 가중치 공급기(505); c) 안테나들(507-1 내지 507-M)를 포함하는 안테나들(507); d) 가산기들(509-1 내지 509-M)를 포함하는 가산기들(509); e) 곱셈기들(511-1, 511-2); 및 f) 515-1 내지 515-M를 포함하는 무선 주파수(RF) 변환기들(515)이 도시되어 있다.
디멀티플렉서(501)는 입력으로서 데이터 스트림을 받아, 입력 데이터 스트림으로부터 각종의 비트들을 각각의 데이터 서브스트림들에 공급함으로써 출력으로서 2개의 데이터 서브스트림을 공급한다. 제 1 데이터 서브스트림은 디멀티플렉서(501)에 의해서 곱셈기(511-1)에 공급되고, 제 2 데이터 서브스트림은 곱셈기(511-2)에 공급된다. 곱셈기(511-1)는 가중치 공급기(505)에 의해 공급된 제 1 가중치로, 제 1 서브스트림의 각 값을 곱한다. 유사하게, 곱셈기(511-2)는 가중치 공급기(505)에 의해 공급된 제 2 가중치로, 제 2 데이터 서브스트림의 각 값을 곱한다.
제 1 및 제 2 가중치들은 서로 관련될 수 있고, 후술하는 바와 같이, 순방향 채널의 통계치들로부터 도출될 수 있는 공통 가중치 파라미터로부터 가중치 공급기(505)에 의해 전개될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 가중치 공급기(505)는 도 2에 관련하여 도시되고 전술된 수신기로부터 역방향 채널을 통해 수신된 정보에 응답하여 가중치들을 실제로 전개한다. 본 발명의 다른 실시예에서 가중치들은 수신기에서 전개된 후에 역방향 채널을 통해 송신기로 공급되며, 이들 가중치는 이들 가중치를 필요로 할 때까지 가중치 공급기(505)에 저장된다.
디멀티플렉서(503)는 곱셈기(511-1)에 의해 출력으로서 공급된 가중 데이터 서브스트림을 받아, 가중 데이터 서브스트림으로부터 각종의 비트들을 각각의 M개의 데이터 가중 서브스트림들에 공급함으로써 출력으로서 M개의 가중 데이터 서브스트림들을 공급한다. 통상 M개의 가중 데이터 서브스트림들 각각은 레이트가 서로 동일하다. 디멀티플렉서(503)에 의해 전개된 M개의 가중 데이터 서브스트림들 각각은 각각의 가산기들(509)의 입력으로서 공급된다. 각각의 가산기들(509)은 그의 다른 입력에서, 곱셈기(511-2)에 의한 출력으로서 공급된 가중 제 2 서브스트림을 수신한다. 각각의 가산기(509)는 조합된 브랜치 신호를 생성하기 위해 그에 입력된 2개의 가중 데이터 서브스트림들을 조합한다. 이에 따라, 가산기들(509) 각각에 의해 하나씩 M개의 조합된 브랜치 신호가 생성된다. 무선 주파수(RF) 변환기들(515) 각각은 M개의 조합된 브랜치 신호들 각각을 수신하여 이로부터 M개의 조합된 신호들에 대한 무선 주파수 신호들을 전개하고, 이어서 각각의 안테나들(507)에 송신을 위해 공급된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 순방향 및 역방향 채널 모두에 대해 단일 채널을 공유하는 소위 “시분할 듀플렉스(TDD)" 시스템에 사용하기 위해서, 채널 성분들간의 상관 계산이 무선 링크의 어느 한 일측에서 수행될 수 있다. 이것은, 순방향과 역방향 채널간을 번갈아 가며 임의의 시간에 채널을 사용하면서 순방향 및 역방향 채널이 동일 주파수 채널을 공유하기 때문에 순방향 및 역방향 채널에 대한 채널 통계치들이 동일할 것이기 때문이다. 그러므로, 역방향 채널의 수신기는 채널 성분들간의 상관 η이 순방향 채널의 수신기의 상관과 동일할 것이므로, 역방향 링크의 수신기는 순방향 링크의 수신기에 의해 미리 측정된 채널 성분들간의 상관 η을 측정할 수 있다. 마찬가지로, 순방향 채널의 수신기는 역방향 채널의 수신기와 동일한 채널 응답을 겪게 될 것이므로 순방향 링크의 수신기는 역방향 링크의 수신기에 의해 사전에 결정된 채널 성분들간의 상관 η을 결정할 수 있다. 그러나, SINR은 여전히 수신기에서만 계산되어야 하고 필요할 경우 송신기로 보내져야 한다.
얼마간의 상관에도 불구하고 이 레벨의 상관을 갖는 채널로 달성될 수 있는 완전 개루프 용량이 얻어지게 하는, MIMO 시스템에서 신호를 전개하는 방법을 발명하였다. 본 발명의 원리에 따라서, 최대 정보량을 전하는 능력을 향상시키기 위해서 여러 안테나들로부터 송신되는 신호들이 처리된다.

Claims (33)

  1. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신하여 송신하는 방법에 있어서,
    상기 데이터 신호를 M+1개의 데이터 서브스트림들(M≥2)로 디멀티플렉스하는 단계와;
    제 1의 M개의 가중 서브스트림들을 생성하기 위해 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들에 제 1 가중치를 가중하는 단계와;
    하나의 제 2 가중 데이터 서브스트림을 생성하기 위해 나머지 M+1번째의 데이터 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 단계와;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 제 1의 M개의 가중 서브스트림들의 각각의 하나와 상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, M개의 송신 안테나들의 각 하나로부터 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 역방향 채널을 통해 가중 파라미터를 수신하고 이로부터 상기 제 1 및 제 2 가중치들을 전개하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은 역방향 채널을 통해 수신기로부터 수신된 순방향 채널 통계치들의 함수로서 결정되는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 무선 주파수 신호들로 변환하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들 수,
    를 구함으로써 결정되는, 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, η= K/(K+1), 여기서, K는 잘 공지된 리션 공간 K 인자(Ricean spatial K factor)인, 방법.
  8. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신 시스템에 송신하는 장치에 있어서, 상기 장치는,
    상기 데이터 신호를 M+1개의 데이터 서브스트림들(M≥2)로 디멀티플렉스하는 수단과;
    제 1의 M개의 가중 서브스트림들을 생성하기 위해 제 1의 M개의 데이터 서브스트림들에 제 1 가중치를 가중하는 수단과;
    하나의 제 2 가중 데이터 서브스트림을 생성하기 위해 나머지 M+1번째의 데이터 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 수단과;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 제 1의 M개의 가중 서브스트림들 각각의 하나와 상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 수단을 포함하는, 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 장치는 상기 가중치들을 전개하는 수단을 포함하는, 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 장치는 상기 가중치들을 저장하는 수단을 포함하는, 장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 장치는,
    역방향 채널을 통해 가중 파라미터를 수신하는 수단; 및
    상기 가중 파라미터로부터 상기 제 1 및 제 2 가중치들을 전개하는 수단을 더 포함하는, 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 각각의 M개의 송신 안테나들로부터 무선 주파수 신호로서 송신하는 수단을 더 포함하는, 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수,
    를 구함으로써 결정되는, 장치.
  14. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신 시스템에 송신하는 송신기에 있어서, 상기 송신기는,
    상기 데이터 신호를 M+1개의 데이터 서브스트림들(M≥2)로 분할하는 디멀티플렉서와;
    제 1의 M개의 가중 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 제 1의 M개의 데이터서브스트림들에 제 1 가중치를 가중하는 곱셈기들과;
    하나의 제 2 가중 데이터 서브스트림을 생성하기 위해 나머지 M+1번째의 데이터 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 곱셈기들과;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 제 1의 M개의 가중 서브스트림들 각각의 하나와 상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 가산기들을 포함하는, 송신기.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 각각의 M개의 송신 안테나들에 의해 방송하기 위해서 무선 주파수 신호로 변환하는 무선 주파수 변환기를 더 포함하는, 송신기.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 가중치들은 역방향 채널을 통해 수신기로부터 수신된 가중치 파라미터에 응답하여 상기 송신기에서 결정되는, 송신기.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 가중치들은 수신기로부터 역방향 채널을 통해 수신된 채널 통계치들에 응답하여 상기 송신기에서 결정되는, 송신기.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수,
    를 구함으로써 결정되는, 송신기.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 송신기 및 수신기는 시분할 듀플렉싱(TDD)을 사용하여 통신하며, 상기 가중치들은 상기 송신기에 대한 역방향 링크의 수신기에 의해 결정되는 채널 성분들간의 상관의 추정치를 사용하여 상기 송신기에서 결정되는, 송신기.
  20. MIMO 시스템에서 사용하기 위한 수신기에 있어서,
    N개의 순방향 채널 수신 안테나들과;
    N개의 무선 주파수(RF) 변환기들로서, 각각의 RF 변환기는 각각의 연관된 각각의 상기 N개의 안테나들로부터 수신한 신호를 아날로그 베이스밴드 신호로 하향변환(downconvert)하고 상기 아날로그 베이스밴드 신호를 디지털 표시로 변환하는, 상기 N개의 무선 주파수(RF) 변환기들과;
    상기 디지털 표시에 응답하여, 상기 수신기에 의해 수신된 순방향 채널에 대한 채널 통계치들을 추정하는 추정기; 및
    상기 역방향 채널에 대해 수신기에 수시로 상기 채널 통계치들을 송신하는 역방향 채널용의 송신기를 포함하는, 수신기.
  21. MIMO 시스템에서 사용하기 위한 수신기에 있어서,
    N개의 각각의 안테나들에 의해 수신된 순방향 채널의 신호들에 대한 N개의 디지털 표시에 응답하여, 상기 수신기에 의해 수신된 상기 순방향 채널에 대한 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치를 결정하는 추정기와;
    N개의 각각의 안테나들에 의해 수신된 순방향 채널의 신호들에 대한 N개의 디지털 표시에 응답하여, 상기 수신기에 의해 수신된 상기 순방향 채널에 대한 채널성분들간의 상관 추정치를 결정하는 추정기와;
    상기 평균 SINR 추정치와 채널 성분들간의 상관 추정치를 역방향 채널로 송신하는 송신기를 포함하는, 수신기.
  22. MIMO 시스템에서 사용하기 위한 수신기에 있어서,
    N개의 각각의 안테나들에 의해 수신된 순방향 채널의 신호들에 대한 N개의 디지털 표시에 응답하여, 상기 수신기에 의해 수신된 순방향 채널에 대한 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치를 결정하는 추정기와;
    상기 수신기에 의해 수신된 순방향 채널에 대한 채널성분들간의 상관 추정치를 결정하는 추정기와;
    데이터 서브스트림들을 상기 수신기로 송신하기 위해 상기 순방향 채널의 송신기에 의해 사용하기 위한 적어도 하나의 가중치를, 상기 SINR 추정치 및 채널 성분들간의 상관 추정치의 함수로서 계산하는 가중치 계산기를 포함하는, 수신기.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가중치를 상기 역방향 채널용 수신기로 송신하기 위한 역방향 채널용 송신기를 더 포함하는, 수신기.
  24. MIMO 시스템에서 사용하기 위한 수신기에 있어서,
    N개의 수신 안테나들과;
    N개의 무선 주파수(RF) 변환기들로서, 각각의 RF 변환기는 각각의 연관된 안테나로부터 수신한 신호를 아날로그 베이스밴드 신호로 하향변환하고 상기 아날로그 베이스밴드 신호를 디지털 표시로 변환하는 N개의 무선 주파수(RF) 변환기들과;
    상기 디지털 표시에 응답하여, 상기 수신기에 의해 수신된 순방향 채널에 대한 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치를 결정하는 추정기와;
    상기 수신기에 의해 수신된 순방향 채널에 대한 채널성분들간의 상관 추정치를 결정하는 추정기와;
    데이터 서브스트림들을 상기 수신기로 송신하기 위해 상기 순방향 채널의 송신기에 의해 사용하기 위한 적어도 하나의 가중치를, SINR 추정치 및 채널 성분들간의 상관 추정치의 함수로서 계산하는 가중치 계산기로서, 상기 적어도 하나의 가중치는
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수,
    로 구성된 한 세트의 식 중 적어도 한 식을 구함으로써 상기 가중치 계산기에서 결정되는, 상기 가중치 계산기를 포함하는, 수신기.
  25. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신 시스템에 송신하는 방법에 있어서, 상기 방법은,
    상기 데이터 신호를 2개의 데이터 서브스트림들로 디멀티플렉스하는 단계와;
    제 1 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중 제 1 서브스트림에 제 1 가중치를 가중하는 단계와;
    제 2 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중 제 2 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 단계와;
    상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 M개의 가중 데이터 서브스트림들(M≥2)로 디멀티플렉스하는 단계와;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 M개의 가중 서브스트림들 각각의 하나와 상기 제 1 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 각각의 M개의 송신 안테나들로부터 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 송신하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수,
    을 구함으로써 결정되는, 방법.
  28. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신 시스템에 송신하는 장치에 있어서,
    상기 데이터 신호를 2개의 데이터 서브스트림들로 디멀티플렉스하는 수단과;
    제 1 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중제 1 서브스트림에 제 1 가중치를 가중하는 수단과;
    제 2 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중 제 2 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 수단과;
    상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 M개의 가중 데이터 서브스트림들(M≥2)로 디멀티플렉스하는 수단과;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 M개의 가중 서브스트림들 각각의 하나와 상기 제 1 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 수단을 포함하는, 장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 각각의 M개의 송신 안테나들로부터 무선 주파수 신호로서 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 송신하는 수단을 더 포함하는, 장치.
  30. 제 28 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수,
    를 구함으로써 결정되는, 방법.
  31. 데이터 신호를 순방향 채널을 걸쳐 통신 시스템에 송신하는 송신기에 있어서, 상기 송신기는,
    상기 데이터 신호를 2개의 데이터 서브스트림들로 분할하는 제 1 디멀티플렉서와;
    제 1 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중 제 1 서브스트림에 제 1 가중치를 가중하는 곱셈기들과;
    제 2 가중 서브스트림을 생성하기 위해 상기 2개의 데이터 서브스트림들 중 제 2 서브스트림에 제 2 가중치를 가중하는 곱셈기들과;
    상기 제 2 가중 데이터 서브스트림을 M개의 가중 데이터 서브스트림들(M≥2)로 분할하는 제 2 멀티플렉서와;
    M개의 조합된 가중 데이터 서브스트림들을 생성하기 위해 상기 M개의 가중 서브스트림들 각각의 하나와 상기 제 1 가중 데이터 서브스트림을 조합하는 M개의 가산기들을 포함하는, 송신기.
  32. 제 31 항에 있어서, 각각의 M개의 송신 안테나들로부터 상기 조합된 가중 데이터 서브스트림들 각각을 송신하는 단계를 더 포함하는, 송신기.
  33. 제 31 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 가중치들은
    여기서, α1및 α2은 각각 상기 제 1 및 제 2 가중치들, PT는 사용 가능한 총 송신 전력, ρ는 평균 신호 대 간섭 및 잡음 비(SINR)의 추정치, η는 채널 성분들간의 상관, M은 송신 안테나들의 수, N은 수신 안테나들의 수, 구함으로써 결정되는, 송신기.
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