KR20030078663A - 폐루프 다중 안테나 시스템 - Google Patents

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KR20030078663A
KR20030078663A KR10-2003-0017991A KR20030017991A KR20030078663A KR 20030078663 A KR20030078663 A KR 20030078663A KR 20030017991 A KR20030017991 A KR 20030017991A KR 20030078663 A KR20030078663 A KR 20030078663A
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리우정타오
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루센트 테크놀러지스 인크
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Abstract

본 발명은 하나 이상의 안테나들을 이용하는 통신 방법에 관한 것이다. 본 방법은 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 적어도 하나의 전송 경로를 통해 신호의 에너지를 분배한다. 신호의 에너지는 이용 가능인 가능한 전송 경로들을 고려함으로써 조정 또는 가중된다. 각각의 이용 가능한 전파 경로는 인터페이스 특성들(예컨대, 전파 계수들의 행렬)에 기초한 전송 품질을 갖는다. 결과적으로, 각각의 신호는 연관된 에너지가 주어지면 예컨대 무선 인터페이스 특성들로부터 유도된 감쇠 특성들에 응답하여 경로(들)를 따라 향하게 된다.

Description

폐루프 다중 안테나 시스템{A closed loop multiple antenna system}
관련된 주제가 2002년 3월 29일에 본 출원과 동시에 출원된 공동 계류중이고 일반 양도된 미국 특허출원 일련 번호 제 10/112232 호에 개시되어 있다.
본 발명은 무선 통신에 관한 것이며, 특히 폐루프 다중 안테나 시스템에 관한 것이다.
통신 시스템이 동작되는 최종적인 비트 레이트는 정보 이론에 대한 새넌의 한계(Shannon's limit)를 이용하여 유도될 수 있다. 새넌의 한계는 전송기에서 방사되는 총전력과, 전송기와 수신기에서의 안테나들의 수와, 이용 가능한 대역폭과, 수신기에서의 잡음 전력과, 전파 환경의 특성들을 포함하는 다수의 상이한 파라미터들에 기초한다.
무선 통신 시스템들에서, 비용 효과적인 방법들을 이용하는 더 높은 비트 레이트들에 대한 수요가 성장하고 있다. 비트 레이트들을 증가시키는 한 접근법은 다중 안테나들을 이용하는 시스템을 채용한다. 예컨대, 본 발명과 함께 일반 양도된 미국 특허 번호 제 6,058,105 호를 본다. 여기서, 통신 채널은 한 통신 유닛의 M개의 전송기 안테나들과 다른 통신 유닛의 N개의 수신기 안테나들 사이에 설정될 수 있으며, M 또는 N은 1보다 크다.
일반적으로, 통신 신호들의 전파는 전파 계수들(propagation coefficients) (H)의 행렬에 의해 특성화될 수 있다. 이러한 전파 행렬은 한 통신 유닛과 다른 통신 유닛간의 전송들로부터 얻어질 수 있다. 각각의 통신 유닛은 신호들의 교환으로부터 행렬을 유도할 수 있다. 제 1 방법에서, 한 유닛은 트레이닝 또는 파일럿 신호들(training or pilot signals)을 다른 유닛에 전송할 수 있다. 통신 채널을 통해, 전송된 트레이닝 신호들과 수신된 트레이닝 신호들은 무선 인터페이스가 특성화되게 하며, 따라서 전파 행렬이 결정되게 한다. 전파 행렬 정보의 각각의 부분들을 이용하여, 통신 유닛들은 협력하여 통신 채널을 가상 서브 채널들로 되게 하며,그에 의해 비트 레이트 또는 처리량을 증가시킨다.
전파 계수들의 행렬을 확정함으로써, 다중 안테나 시스템은 통신 채널을 다수의 가상 서브 채널들로 분해하는데 이용될 수 있다. 특히, 각각의 통신 유닛은 전파 행렬의 특이값 분해(singular value decomposition)를 수행할 수 있다. 전파 행렬의 특이값 분해는 전파 행렬을 3개의 인자들, 즉 Λ, Φ, Ψ+의 곱으로서 다시 서술하며, 여기서 Λ는 대각 행렬, Φ및 Ψ+는 단위 행렬(unitary matrix)이고, 첨자 "+"는 공액 전치(conjugate transpose)를 표기한다. 특이값 분해를 수행하는 것은 전파 행렬을 대각선화하도록 작용한다. 대각 행렬 Λ에서 0이 아닌 원소들의 수는 특정 통신 채널에 대한 다수의 병렬 독립적인 가상 서브 채널들과 대응한다.
한 통신 유닛에서 다른 통신 유닛으로의 전송들은 제 1 유닛이 대각 행렬 Λ과 단위 행렬 Φ를 포함하는 전파 정보의 적어도 일부분을 얻게 할 수 있다. 여기서, 한 통신 유닛은 인입 비트(들) 또는 정보 스트림을 인코딩 및 변조하는 채널 인코더/변조기에 대각 행렬 Λ을 제공한다. 그 다음에, 인코딩되고 변조된 인입 비트(들) 또는 정보 스트림은 대각 행렬 Λ의 값들에 따라 독립적인 가상 서브 채널들로 공급되고, 그에 의해 가상 전송된 신호를 생성한다. 그와 같은 대각 행렬 Λ은 비트 레이트를 스케일링할 수 있다.
그 이후에, 한 통신 유닛은 실제의 전송된 신호를 생성하도록 가상의 전송된 신호상에서 단위 변환(unitary transformation)을 수행할 수 있다. 이것은 단위 행렬 Ψ의 공액 전치를 가상의 전송된 신호에 곱함으로써 실현된다. 그후에, 다른 통신 유닛은 예컨대 단위 행렬 Φ와 대각 행렬 Λ를 포함하는 전파 정보의 적어도 다른 일부분을 얻는다. 다른 통신 유닛은 가상의 수신된 신호를 생성하기 위해 단위 행렬 Φ+를 실제의 수신된 신호에 곱함으로써 실제의 수신된 신호상에서 단위 변환을 수행한다. 단위 행렬들에 의한 통신 유닛들에서의 곱셈들은 병렬 독립적인 가상 서브 채널들로서 다루어질 수 있는 가상의 수신된 신호와 가상의 전송된 신호사이의 실제의 통신 채널로부터 가상 채널을 설정한다. 다른 통신 유닛은 행렬 Λ에 따라 가상의 수신된 신호를 디코딩 및 복조함으로써 채널 디코더/복조기에 단위 행렬 Λ를 제공한다. 그 결과, 정보 스트림이 생성된다.
따라서, 다중 안테나 시스템들은 동일 주파수 대역내에 병렬 독립적인 서브 채널들을 효과적으로 제공함으로써 증가된 용량을 제공한다. 다중 안테나 시스템들은 또한 비트들이 대각 행렬 Λ의 값들에 대해서 가상 서브 채널들상에서 전송되므로 성능을 향상시킨다. 결과적으로, 더 강한 가상 서브 채널들이 더 많은 정보를 전송하는데 이용될 수 있다.
통신 채널을 다수의 가상 서브 채널들로 분해하도록 다중 안테나 시스템을 이용하는 것은 다수의 방식들을 이용하여 구현될 수 있다. 한가지 공지된 접근법은 개루프 전송 다양성 다중 안테나 시스템(open loop, transmit-diverse, multiple antenna system)이라 불린다. 여기서, 각각의 수신 안테나는 전파 계수들의 유도된 행렬에 따라 각각의 가상 서브 채널로부터의 수신된 신호들을 조정한다. 개루프 전송 다양성 시스템들은 상대적으로 구현하기에 간단하다. 그러나, 이러한 상대적인간단성은 비표준화된 이행들을 잠재적으로 희생하여 얻어지며, 여기서 설계들은 제조자에 따라 변할 수 있다.
제 2 방식은 폐루프 전송 다양성 다중 안테나 시스템이라 불린다. 여기서, 각각의 전송 안테나는 전파 계수들의 유도된 행렬에 따라 각각의 가상 서브 채널로부터의 전송된 신호들을 조정한다. 동작의 한 모드에서, 각각의 가상 서브 채널은 전송된 대응하는 신호의 위상을 변경하여 가중될 수 있다. 예컨대, 0°, 90°, 180°또는 270°의 위상 지연은 각각의 가상 서브 채널에 도입될 수 있다. 동작의 다른 모드에서, 각각의 가상 서브 채널은 예컨대 0.2 또는 0.8과 같은 고정된 수에 의해 전송된 대응하는 신호의 진폭을 감쇠함으로써 가중된다.
이들 공지된 다중 안테나 방식들이 더 많은 정보를 전송하기 위해 더 강한 가상 서브 채널들을 이용함으로써 용량을 증가시키는 동안, 더 큰 데이터 레이트들에 대한 수요는 여전히 성장을 지속한다. 예컨대, 이들 공지된 접근법들의 효율은 아직도 최적화되어야 한다. 결과적으로, 공지된 전송 다양성 방식들을 이용하여 현재 이용 가능한 것보다 증가된 데이터 레이트들을 갖는 다중 방식 시스템에 대한 수요가 존재한다.
본 발명은 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 하나 이상의 전파 경로들을 이용하여 각각의 신호의 에너지가 분배되는 통신 방법을 제공한다. 특히, 각각의 신호의 에너지는 전파 계수들(H)의 행렬에 기초하여 하나 이상의 안테나들로부터이용 가능한 전파 경로들을 고려함으로써 조정 및/또는 가중된다. 본 발명의 목적들을 위해, 에너지라는 용어는 어떤 기간의 시간동안 소비, 방사, 소실 및/또는 저장되는 전력을 언급하며, 한편 신호라는 용어는 자료(datum)와, 데이터와, 비트(들)와, 심볼(들)과 및/또는 데이터, 비트들 및/또는 심볼들을 포함하는 정보의 스트림을 언급한다. 일예에서, 신호의 에너지는 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 분배되고, 여기서 가상 서브 채널(들)은 결정된 전파 경로(들)과 대응한다. 각각의 이용 가능한 전파 경로는 무선 인터페이스 특성들에 기초한 전송 품질을 갖는다. 결과적으로, 각각의 신호는 연관된 에너지가 주어지면 예컨대 무선 인터페이스 특성들로부터 유도된 감쇠 특성들에 응답하여 경로(들)을 따라 향하게 된다.
본 발명의 실시예에서, 다중 안테나 시스템은 신호(들)를 전송하는데 이용된다. 여기서, 무선 인터페이스는 전파 계수들(H)의 행렬을 결정함으로써 초기에 특성화된다. 하나 이상의 전송 경로(들)가 그후에 무선 인터페이스의 특성화로부터 신호(들)에 대해 결정될 수 있다. 신호(들)는 그후에 결정된 전송 경로(들)에 따라 전송될 수 있다. 전송의 이러한 단계는 예컨대 신호의 전력을 변경하고 및/또는 신호의 위상을 수정함으로써 각각의 결정된 전송 경로를 통해 분배된 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 이러한 조정 단계는 각각의 결정된 전송 경로를 가중함으로써 구현될 수 있다. 본 발명의 일예에서, 가중 단계는 무선 인터페이스 특성화의 수학적 분해(예컨대, 고유값 분해 및/또는 특이값 분해)로부터 오른쪽 고유값 행렬(Ψ)을 계산하고, 그다음에 오른쪽 고유값 행렬(Ψ)을 신호에 곱함으로써 구현된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다중 안테나 시스템은 통신 신호(들)을 수신하는데 이용된다. 일단 무선 인터페이스가 전파 계수들(H)의 행렬을 공식화함으로써 특성화되면, 이용된 하나 이상의 전파 경로들이 신호(들)에 대해 결정될 수 있다. 그후에 신호(들)는 결정된 전파 경로(들)에 따라 수신될 수 있다. 수신의 이러한 단계는 예컨대 신호의 전력을 변경하고 및/또는 신호의 위상을 수정함으로써 각각의 결정된 전파 경로로부터 수집된 신호의 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 이러한 조정 단계는 각각의 결정된 전파 경로를 가중함으로써 구현될 수 있다. 본 발명의 일예에서, 가중 단계는 무선 인터페이스 특성화에 대한 수학적 분해(예컨대, 고유값 분해 및/또는 특이값 분해)로부터 왼쪽 고유값 행렬(Φ)을 계산하고, 그 다음에 왼쪽 고유값 행렬의 공액(Φ+)을 신호에 곱함으로써 구현된다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 제한적이지 않은 실시예들의 다음의 서술을 읽으면 잘 이해될 것이다.
본 출원의 도면들은 스케일링되지 않았으며 단지 개략적인 표현들이고, 따라서 본 발명의 특정 디멘전들을 그리도록 의도되지 않았으며, 이것은 본 명세서에 개시된 내용을 조사하여 숙련된 기술인들에 의해 결정될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 예시적인 측면을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
300 : MIMO 통신 시스템 310, 320 : 안테나 그룹
325 : 전송기 구조
본 발명은 신호와 연관된 에너지가 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 하나 이상의 전파 경로들을 이용하여 분배되는 통신 방법을 제공한다. 하나 이상의 안테나들에 의해 이용 가능하게된 가능한 전파 경로들을 고려하면, 각각의 신호의 에너지는 전파 계수들의 행렬에 기초하여 조정 및/또는 가중될 수 있다. 무선 인터페이스 특성들은 각각의 이용 가능한 전파 경로의 전송 품질을 반영한다는 점이 유의되어야 한다. 결과적으로, 각각의 신호는 연관된 에너지가 주어지면 예컨대 무선 인터페이스 특성들로부터 유도된 감쇠 특성들에 응답하여 경로(들)을 따라 향한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예를 도시하는 흐름도가 예시된다. 특히, 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 전파 경로(들)을 따라 신호의 에너지를 분배하는 방법(10)이 도시된다. 본 발명의 목적들을 위해, 신호라는 용어는 자료와 데이터와 비트(들)와 심볼(들)과 및/또는 데이터, 비트들, 및/또는 심볼들을 포함하는 정보의 스트림을 언급한다.
초기에, 적어도 하나의 전송 안테나와 적어도 하나의 수신 안테나사이의 무선 인터페이스의 특성들이 결정된다(20). 이러한 단계를 수행하는데 있어, 전파 계수들의 행렬은 예컨대 본 명세서에 참조로서 통합된, 2002년 3월 29일에 본 출원의 우선권에 수반하여 출원되고, 공동 계류중이며 일반 양도된 미국 특허출원 일련번호 제 10/112232 호에 개시된 내용을 포함하는 개시된 임의의 수의 기술들 중 한 기술에 의해 유도된다.
일단 전파 계수들(H)의 행렬이 유도되면, 그후에 본 방법은 신호 전송 및/또는 수신(30)을 위한 적어도 하나의 전파 경로를 결정한다. 본 실시예에서, 다수의 전파 경로들은 다른 통신 유닛의 하나 이상의 안테나들에 전송하는 한 통신 유닛의 하나 이상의 안테나들에 의해 정의될 수 있다. 일예에서, 통신 유닛들은 다중 입력, 다중 출력("MIMO") 통신 시스템의 부분이다. 각각의 전파 경로는 전파 계수들의 행렬이 주어지면 전송 품질을 갖으며, 즉 다른 전파 경로들보다 적은 감쇠를 가지는 것으로 특성화된 몇몇 전파 경로들을 갖는다. 결과적으로, 신호에 대한 전파 경로는 무선 인터페이스의 특성화에 응답하여 결정된다.
그후에, 전송 또는 수신될 신호와 연관된 에너지는 하나 이상의 결정된 전파 경로들(40)을 통해 분배된다. 본 발명의 목적들을 위해, 에너지라는 용어는 어떤 기간의 시간동안 소비, 방사, 소실 및/또는 저장된 전력을 언급한다. 일예에서, 전송 및/또는 수신될 각각의 신호로부터의 에너지는 상기에 정의되고 상술되었으며 결정된 전파 경로(들)과 대응하는 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 분배될 수 있다. 연관된 에너지가 주어지면, 각각의 신호는 무선 인터페이스로부터의 경로들의 감쇠 특성들에 응답하여 전파 경로 또는 경로들을 따라 전송 및/또는 수신된다.
각각의 신호의 에너지의 분배는 다양한 기술들에 의해 구현될 수 있다. 한 방법은 결정된 전파 경로(들)를 통해 및/또는 가상 서브 채널(들)을 통해 분배된 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 조정의 이러한 단계는 신호의 전력을 변경하고 및/또는 결정된 경로(들)를 따라 신호의 위상을 수정함으로써 분배된 에너지를 가중하는 단계를 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 흐름도가 예시된다. 특히, 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 결정되는 하나 이상의 전송 경로들을 따라 신호를 전송하는 방법(100)이 서술된다. 하나 이상의 전송 경로들은 하나 이상의 전송 안테나들에 의해 정의된다. 일예에서, 하나 이상의 전송 안테나들은 MIMO 통신 시스템의 부분이다.
이러한 실시예에서, 무선 인터페이스는 초기에 특성화된다(110). 이러한 특성화에 의해, 전파 계수들(H)의 행렬이 유도될 수 있다. 다양한 기술들이 전파의 행렬을 유도하기 위해 채용될 수 있다. 한가지 그러한 방법은 파일럿 신호를 전송하고 다른 통신 유닛에 의해 재전송되는 파일럿 신호를 수신하는 하나의 통신 유닛을 포함한다. 전파의 행렬을 유도하는 다른 그와 같은 기술은 예컨대 본 명세서에 참조로서 통합되고 2002년 3월 29일에 본 출원의 우선권에 수반하여 출원된 공동 계류중이고 일반 양도된 미국 특허 출원 일련 번호 제 10/112232 호에서 발견될 수 있다.
그후에, 신호의 하나 이상의 전송 경로들이 적어도 하나의 전송 안테나(120)를 이용하여 정의된다. 이러한 정의 단계는 전파 계수들의 행렬에 의해 특성화되는 무선 인터페이스를 예상한다. 각각의 전송 경로는 어느 정도의 감쇠를 가지므로, 무선 인터페이스 및 따라서 전파 계수들의 행렬이 고려된다. 결과적으로, 전송 안테나(들)에 의해 이용될 전송 경로(들)는 이러한 정의 단계에 의해 결정된다.
일단 이용될 전송 경로(들)가 결정되면, 전송될 신호의 에너지가 분배된다 (130). 특히, 신호의 에너지는 결정된 전송 경로(들)를 통해 분배된다. 연관된 에너지가 주어지면, 각각의 신호는 무선 인터페이스로부터의 경로들의 감쇠 특성들에 응답하여 상기 결정된 전송 경로(들)를 통해 이러한 분배 단계를 거쳐 전송된다. 일예에서, 전송될 각각의 신호로부터의 에너지는 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 분배될 수 있고, 여기서 각각의 가상 서브 채널은 결정된 전송 경로(들)와 대응한다.
신호(들)로부터의 에너지의 분배는 다양한 기술들에 의해 구현될 수 있다. 한 방법은 신호의 전력을 변경하고 및/또는 신호의 위상을 수정함으로써 상기 결정된 전송 경로(들)를 통해서 및/또는 가상 서브 채널(들)을 통해 분배된 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 조정의 이러한 단계는 각각의 결정된 전송 경로를 가중함으로써 구현될 수 있다. 본 실시예의 일예에서, 가중 단계는 먼저 무선 인터페이스의 수학적 분해로부터 오른쪽 고유값 행렬(Ψ)을 계산하고 그 다음에 오른쪽 고유값 행렬(Ψ)을 신호에 곱함으로써 구현된다. 무선 인터페이스의 수학적 분해는 고유값 분해 및/또는 특이값 분해일 수 있다는 점이 유의되어야 한다.
다른 실시예에서, 즉석 방법(100)에 의해 전송될 신호는 정보의 스트림(들)으로서 특성화될 수 있다. 정보의 스트림의 각 요소는 예컨대 비트, 자료 및/또는 심볼을 포함할 수 있다. 전송 경로(들)의 결정에 응답하여, 스트림의 에너지는 시간 간격동안 상기 결정된 전송 경로(들)과 대응하는 하나 이상의 가상 서브 채널들을 통해 분배될 수 있다. 결과로서, 스트림의 적어도 한 요소의 전력이 조정될 수 있고 및/또는 각 요소의 위상이 수정될 수 있다. 그후에 스트림의 적어도 한 요소가 오른쪽 고유값 행렬(Ψ)을 이용하여 각각의 가상 서브 채널을 가중함으로써 상기 결정된 전송 경로(들)와 대응하여 전송될 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 흐름도가 예시된다. 특히, 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 결정된 하나 이상의 전파 경로들을 따라 신호를 수신하는 방법(202)이 서술된다. 하나 이상의 전파 경로들은 하나 이상의수신 안테나들에 의해 검출 또는 정의된다. 일예에서, 하나 이상의 수신 안테나들은 MIMO 통신 시스템의 부분이다.
이러한 실시예에서, 무선 인터페이스는 초기에 특성화된다(210). 이러한 특성화에 의해, 전파 계수들(H)의 행렬이 유도될 수 있다. 다양한 기술들이 전파의 행렬을 유도하기 위해 채용될 수 있다. 한가지 그러한 방법은 파일럿 신호를 전송하고 다른 통신 유닛에 의해 재전송된 파일럿 신호를 수신하는 한 통신 유닛을 포함한다. 전파의 행렬을 유도하는 다른 그러한 기술은 예컨대 본 명세서에 참조로 통합되고 2002년 3월 29일에 본 출원의 우선권에 수반하여 출원된 공동 계류중이고 일반 양도된 미국 특허 출원 일련 번호 제 10/112232 호에서 발견될 수 있다.
그후에, 하나 이상의 전파 경로들이 적어도 하나의 수신 안테나(220)를 이용하여 신호(들)에 대해 정의된다. 이러한 정의 단계는 무선 인터페이스 특성들을 고려한다. 각각의 전파 경로는 어느 정도의 감쇠를 가지므로, 무선 인터페이스 및 따라서 전파 계수들의 행렬이 고려된다. 결과적으로 수신 안테나(들)에 의해 생성되는 이용될 전파 경로(들)는 이러한 정의 단계에 의해 결정된다.
일단 전파 경로(들)가 결정되면, 수신될 신호의 에너지가 수집된다(230). 특히, 신호의 에너지는 상기 결정된 전파 경로(들)를 통해 수집된다. 연관된 에너지가 주어지면, 각각의 신호는 무선 인터페이스로부터의 경로들의 감쇠 특성들에 응답하여 상기 결정된 전파 경로(들)를 통해 이러한 수집 단계를 거쳐 수신된다. 일예에서, 수신될 각각의 신호로부터의 에너지는 상기 결정된 전파 경로(들)과 대응하는 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 수집될 수 있다.
신호(들)로부터의 에너지의 수집은 다양한 기술들에 의해 구현될 수 있다. 한 방법은 신호의 전력을 변경하고 및/또는 신호의 위상을 수정함으로써 상기 결정된 전파 경로(들)를 통해서 및/또는 가상 서브 채널(들)을 통해 수집된 에너지를 조정하는 단계를 포함한다. 조정의 이러한 단계는 각각의 결정된 전파 경로를 가중함으로써 구현될 수 있다. 본 실시예의 일예에서, 가중 단계는 먼저 무선 인터페이스의 수학적 분해로부터 왼쪽 고유값 행렬(Φ)을 계산하고, 그 다음에 왼쪽 고유값 행렬의 공액(Φ+)을 수신될 신호에 곱함으로써 구현된다.
다른 실시예에서, 즉석 방법(200)에 의해 수신될 신호는 정보의 스트림(들)으로서 특성화될 수 있다. 전파 경로의 결정에 응답하여, 스트림의 에너지는 시간 간격에 걸쳐 상기 결정된 전파 경로들과 대응하는 하나 이상의 가상 서브 채널을 통해 재분배될 수 있다. 결과로서, 스트림의 적어도 한 요소(예를 들어, 비트, 데이터 또는 심볼)의 전력은 조정될 수 있고 및/또는 적어도 한 요소의 위상이 재수정될 수 있다. 그후에 스트림의 적어도 한 요소는 결정된 전파 경로(들)로부터 수신될 수 있다. 무선 인터페이스의 수학적 분해는 고유값 분해 및/또는 특이값 분해일 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
본 발명의 일예에서, MIMO 통신 시스템은 상기에 상술된 방법들과 연결되어 채용될 수 있다. 도 4(a)를 참조하면, N ×M의 MIMO 통신 시스템(300)이 안테나 그룹(310)을 가진 수신기와 안테나 그룹(320)을 가진 전송기를 갖는 것으로 도시된다. 여기서, 안테나 그룹(310)내의 안테나 요소들의 수(M)은 안테나 그룹(320)내의안테나 요소들의 수(N)와 동일하거나 더 크다.
상기에 상술된 바와 같이, 안테나 그룹들(310 및 320)사이의 무선 인터페이스는 정보의 전송 및 수신을 실행한다. 이러한 정보를 수송하기 위한 채널을 특성화하는 가상 서브 채널들은 수신기 안테나 그룹(310)에서 변동없는 페이딩 특성들 (flat fading characteristics)을 갖는 것으로 인식될 수 있다. 수신기 안테나 그룹(310)에서의 무선 인터페이스는 다음의 행렬 표현을 이용하여 특성화될 수 있다.
여기서, H는 전파 계수들의 행렬이고, 행렬(H)의 각각의 hij항은 동등하게 독립적으로 분포된 복소 가우시안 무작위 변수이다. 각각의 동등하게 독립적으로 분포된 복소 가우시안 무작위 변수는 특히 낮은 전파 및/또는 전송 속도들에서 전파 및 전송의 경로와 대응할 수 있다.
MIMO 통신 시스템(300)의 전송기 안테나 그룹(320)에서, 심볼(x)에 의해 특성화된 주어진 신호는 미리 곱해진다. 본 발명의 실시예들에 따라, 이러한 사전 곱셈(pre-multiplication) 단계는 전송을 위한 신호의 에너지의 분배를 부분적으로 달성한다. 이러한 사전 곱셈 단계는 다음의 수학 표현에서 도시된 바와 같이 주어진 행렬(Λ)과 주어진 벡터(P)로 심볼(x)을 곱함으로써 수학적으로 구현될 수 있다.
여기서, y는 잡음없는 베이스-밴드 수신된 신호 벡터이고, H는 전파 계수들의 행렬이고, Ψ는 고유 벡터 행렬이고, P는 벡터이다. 고유 벡터 행렬(Ψ)은 공액 전치를 표기하는 첨자 "+"로 행렬 H+H를 분해함으로써 유도될 수 있다. 벡터P는 결정된 전송 경로들의 함수로서 에너지들의 원하는 분배와 대응하는 다수의 스칼라들을 포함한다. 예시된 예에서, 벡터P는 다음의 식들을 이용하여 표현되고 계산될 수 있다.
여기서, t는 벡터 전치 연산자를 표기하고, PTOTAL은 전송기(325)에서 이용 가능한 총 전력이고, Ni는 i번째 고유 벡터의 잡음 분산이다.
도 4(b)를 참조하면, 한 전송기 구현(325)이 도시된다. 전송기 구조(325)는CDMA 시스템에서의 이용을 위해 도시된다. 그러나, 즉석의 개시된 내용을 재검토하면 전송기 구조(325)가 전송기내에 두개의 안테나 요소들을 채용하는 임의의 통신 시스템(예컨대, CDMA 또는 TDMA)에서 데이터, 음성 또는 데이터와 음성을 위해 이용될 수 있다는 것이 숙련된 기술자에게 분명할 것이다.
전송기(325)는 수신기(도시 안됨)에서 인식된 가상 서브 채널들에 의해 특성화된, 정보를 수송하는 채널상에서 어떤 종래의 정보도 가지지 않는다. 또한, 전송기(325)는 잡음 분산(Nis)에 관한 어떤 정보도 가지지 않는다. 결과적으로, 수신기로부터의 피드백 정보는 전송기(325)에서의 잡음 분산과 채널을 재구성하는데 유용할 수 있다. 수신기에서, 수신된 신호는 다음의 식에 의해 표현될 수 있다.
여기서, r은 베이스-밴드 수신된 신호 벡터이고, H는 전파 계수들의 행렬이고, Ψ는 상기에 언급된 고유 벡터 행렬이고,P는 상기에 언급된 벡터이고, x는 정보 비트들을 코딩하고, 천공/반복하고, 및/또는 변조함으로써 발생된 심볼이다.
베이스-밴드 수신된 신호 벡터(r)가 얻어지고, 채널(예컨대, 무선 인터페이스)의 전파 정보가 특성화된 후에, 수신기는 왼쪽 및 오른쪽 고유 행렬들(Φ및 Ψ)을 얻도록 분해 단계를 수행할 수 있다. 이러한 분해 단계는 특이값 분해("SVD")에 의해 구현될 수 있다. 그러나, 고유값 분해와 같은 대안들이 또한 왼쪽 및 오른쪽 고유 행렬들(Φ및 Ψ)을 얻는데 이용될 수 있다는 점이 유의되어야 한다. 또한, 오른쪽 고유 행렬(Ψ)은 다음의 식에 의해 표현될 수 있다.
여기서, a, b, d는 다음의 식에 의해 정의된 행렬 H+H의 원소들이고,
λi는 다음의 식에 의해 주어진 행렬 H+H의 i번째 고유값이고,
고유값들 λ1및 λ2는 예컨대 다음의 식에서 채용될 수 있다.
여기서, Λ는 대각선 행렬이다. 대각선 행렬 Λ는 전파 계수들의 행렬(H)의 특이값 분해로부터의 특이값 행렬과 동등하다는 것이 유의되어야 한다. 결과로서, 왼쪽 고유 행렬(Φ)은 다음의 표현을 이용하여 계산될 수 있다.
여기서, Λ-1는 특이값 행렬 Λ의 역이다.
상기의 수학적 표현들에 의해, 벡터는 비상관된 베이스 밴드 수신된 신호 벡터(de-correlated base-band received signal vector)인 다른 벡터()를 얻도록 왼쪽 고유 행렬(Φ+)로 수신된 신호(r)를 사전 곱셈할 수 있다. 비상관된 베이스-밴드 수신된 신호 벡터()는 다음의 수학식을 이용하여 표현될 수 있다.
여기서,는 원래의 잡음 벡터(n)의 선형 결합인 잡음 벡터와 동등하다. 비상관된 베이스-밴드 수신된 신호 벡터()는 독립적인 가상 서브 채널들의 베이스-밴드 수신된 신호라는 점을 유의해야 한다. 그 다음에, 비상관된 베이스-밴드 수신된 신호 벡터()는 최우(最尤)("ML") 검출기를 이용하여 처리될 수 있고, 최대의 비율 결합(maximum ratio-combining)("MRC") 단계를 이용하여 결합될 수 있다. 상기 연산을 위한 수학적 공식은 다음과 같이 다시 표현될 수 있다.
여기서,는 추정된 전송된 심볼이다.
본 발명의 원리들에 따른 다중 안테나 통신 시스템의 예시적인 실시예는 본 명세서에 서술되어 있다. 예시적인 실시예는 어떻게 그와 같은 다중 안테나상에서 통신이 높은 비트 레이트를 제공하고 성능을 향상시키도록 이행될 수 있는지를 서술한다. 다중 안테나 시스템은 전송기 및/또는 수신기에서 다중 안테나 어레이들을 이용하고, 한 통신 유닛의 안테나(들)와 다른 통신 유닛의 안테나(들) 사이의 다중 안테나 채널에 대해 얻어진 전파 특성들을 이용함으로써 이것을 달성한다. 한 통신 유닛과 다른 통신 유닛에서 실제의 통신 채널(다중 안테나 채널)의 어떤 전파 특성들을 확정함으로써, 다중 안테나 시스템은 통신 유닛들이 실제의 통신 채널을 다중의 가상 서브 채널들로 협력하여 분해하게 하여 더 높은 비트 레이트들을 달성할 수 있다. 한 통신에서 다른 통신 유닛으로의 전송들을 위해, 통신 유닛들은 한 통신 유닛에서 다른 통신 유닛으로의 전송들을 특성화하는 전파 정보의 적어도 각각의 부분들을 얻는다. 통신 유닛들은 실제의 통신 채널을 통신 신호들이 전송되는 다중의 가상 서브 채널들로 분해하도록 전파 정보의 적어도 각각의 부분들을 이용한다. 그와 같이, 다중 안테나 통신 시스템은 동일한 주파수 대역내의 가상 서브 채널들을 이용함으로써 총 전력 또는 대역폭을 증가시키지 않고서 상대적으로 간단한 방식으로 높은 비트 레이트들을 달성한다. 부가적으로, 다중 안테나 시스템은 전파 정보에 의해 결정된 더 강한 서브 채널들을 통해 더 많은 비트들을 전송함으로써 향상된 성능을 제공한다.
특정 발명이 예시적인 실시예들을 참조하여 서술되었지만, 이러한 서술은 제한적인 의미로 해석되는 것을 의미하지 않는다. 본 발명이 서술되었지만, 예시적인 실시예들의 다양한 수정들뿐 아니라 본 발명의 부가적인 실시예들은 첨부된 청구항들에 서술된 바와 같이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고서 이러한 서술을 참조할 때 이 기술분야의 숙련자에게 분명할 것이다. 결과적으로, 본 방법, 시스템 및 그일부분들과 서술된 방법 및 시스템의 일부분들은 무선 유닛, 기지국, 기지국 제어기, 모바일 스위칭 센터 및/또는 레이더 시스템과 같은 다양한 위치들에서 수행될 수 있다. 또한, 서술된 시스템을 수행 및 이용하는데 요구되는 프로세싱 회로는 응용 주문형 집적 회로, 소프트웨어 구동된 프로세싱 회로, 펌웨어(firmware), 프로그래밍가능한 논리 디바이스들, 하드웨어, 본 개시된 내용의 이점과 함께 이 기술분야의 숙련자중 한 사람에 의해 이해되는 상기의 구성요소들의 배열들 또는 개별 구성요소들에서 수행될 수 있다. 이 기술 분야의 숙련자는 본 명세서에 예시되고 서술된 예시적인 응용들을 엄격히 뒤따르지 않고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 이들 및 다양한 다른 수정들, 배열들 및 방법들이 본 발명에 대해 이루어질 수 있음을 즉시 인식할 것이다. 그러므로, 첨부된 청구항들은 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 임의의 그러한 수정들 또는 실시예들을 커버할 것이라는 점이 예상된다.
무선 인터페이스 특성들에 응답하여 하나 이상의 전파 경로들을 이용하여 각각의 신호의 에너지가 분배되는 통신 방법이 제공된다.

Claims (10)

  1. 통신 방법으로서,
    무선 인터페이스 특성들의 결정에 응답하여, 하나 이상의 안테나들에 의해 정의된 적어도 하나의 전파 경로를 이용하여 적어도 하나의 신호와 대응하는 에너지를 분배하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  2. 통신 방법으로서,
    무선 인터페이스의 특성화에 응답하여 결정되고, 하나 이상의 안테나들에 의해 정의된 적어도 하나의 전송 경로를 통해 적어도 하나의 신호를 전송하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  3. 통신 방법으로서,
    무선 인터페이스의 특성화에 응답하여 결정되고, 하나 이상의 안테나들에 의해 정의된 적어도 하나의 전파 경로를 통해 적어도 하나의 신호를 수신하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 전송 경로를 통해 신호를 전송하는 상기 단계는,
    상기 적어도 하나의 전송 경로를 통해 상기 신호의 에너지를 분배하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분배 단계는,
    상기 인터페이스와 대응하는 전파 계수들의 행렬에 응답하여, 상기 분배된 에너지를 조정하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 조정 단계는,
    상기 신호의 전력을 변경하고 및/또는 상기 신호의 위상을 수정하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 조정 단계는,
    고유값 분해(Eigen value decomposition) 및/또는 상기 무선 인터페이스 특성화의 특이값 분해(Singular value decomposition)를 수행할 때 오른쪽 고유값 행렬을 계산하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  8. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 신호의 에너지는 상기 적어도 하나의 경로와 대응하는 적어도 하나의가상 서브 채널을 통해 분배되고, 상기 신호의 에너지를 분배하는 상기 단계는,
    상기 무선 인터페이스 특성들에 응답하여 상기 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 분배된 상기 에너지를, 상기 오른쪽 고유값 행렬을 상기 신호에 곱함으로써 조정하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호로부터의 에너지는 상기 적어도 하나의 전파 경로와 대응하는 적어도 하나의 가상 서브 채널을 통해 분배되는, 통신 방법.
  10. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 전파 경로를 통해 신호를 수신하는 상기 단계는,
    상기 적어도 하나의 전파 경로로부터 상기 신호의 에너지를 수집하는 단계를 포함하는, 통신 방법.
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