KR20050043783A - 다중-접속 다중-입력 다중-출력(mimo) 통신 시스템 - Google Patents

Abstract

다중-접속 MIMO 시스템에서 다운링크 및 업링크에 대해 가용자원들의 보다 효율적인 이용 및 신뢰성 있는 성능을 제공하는 기술들이 제공된다. 이러한 기술들은 데이터 전송을 채널 상태 정보에 기반하여 전송에 앞서 데이터를 적응적으로 처리하여 데이터 전송을 채널 용량에 보다 근접하게 매칭시키도록 하여준다. 다양한 수신기 처리 기술들이 수신 유닛에서 다중 안테나들을 통해 수신된 데이터 전송을 처리하기 위해 제공된다. 적응성 재사용 방식 및 전력 백-오프가 시스템의 스펙트럼 효율성을 증가시키는 방식으로(예를 들어, 간섭을 감소시키고, 커버리지를 개선시키며, 고 처리율을 달성하는 방식으로) 시스템내의 셀들을 동작시키기 위해 제공된다. 다운링크 및 업링크에서 데이터 전송을 효율적으로 스케줄링하기 위한 기술들이 제공된다. 이러한 스케줄링 방식들은 다양한 제한들 및 요구상태들을 만족시키는 방식으로 단일 또는 다중 단말들에 대한 전송을 최적화하도록(예를 들면, 처리량을 최대화하도록) 설계될 수 있다.

Description

다중-접속 다중-입력 다중-출력(MIMO) 통신 시스템{MULTIPLE-ACCESS MULTIPLE-INPUT MULTIPLE-OUTPUT(MIMO) COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 데이터 통신에 관한 것으로서, 특히 다중 접속 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템에 관한 것이다.

음성, 데이터 등과 같은 다양한 타입의 통신을 제공하기 위해서 무선 통신 시스템들이 널리 개발되었다. 이러한 시스템들은 가용 시스템 자원들(예를 들면, 대역폭 및 전송 전력)을 공유함으로써 다중 사용자들과의 (순차적 또는 동시에) 통신을 지원할 수 있는 다중 접속 시스템들이다. 이러한 시스템들은 코드분할다중접속(CDMA), 시분할다중접속(TDMA), 주파수분할다중접속(FDMA) 또는 다른 다중 접속 기술들에 기반한다.

무선 통신 시스템에서(예를 들면, 셀룰러 시스템, 방송 시스템, 다중 채널 다중 포인트 분산 시스템(MMDS) 등), 송신 유닛으로부터의 RF 변조 신호는 다수의 전파 경로들을 통해 수신 유닛에 도달할 수 있다. 이러한 전파 경로들의 특성들은 패이딩 및 다중경로와 같은 다수의 인자들로 인해 시간에 따라 변경된다.

유해한 경로 효과들에 대한 다이버시티를 제공하고, 성능을 개선시키기 위해서, 다중 송신 및 수신 안테나들이 사용될 수 있다. 송신 및 수신 안테나들 사이의 전파 경로들이 선형적으로 독립적인 특성을 지니면(즉, 일 경로상에서의 전송이 다른 경로들상에서의 전송들의 선형 결합으로써 형성되지 않으면), 데이터 전송의 정확한 수신 확률이 안테나 수가 증가함에 따라 증가하며, 일반적으로 이러한 선형 독립특성은 적어도 어느 정도 사실이다. 일반적으로, 송신 및 수신 안테나들의 수가 증가하면 다이버시티가 증가되고 성능이 개선된다.

다중-입력 다중-출력(MIMO) 통신 시스템은 데이터 전송을 위해 다수의(N_T) 송신 안테나들 및 다수의(N_R) 수신 안테나들을 사용한다. N_T 개의 송신 및 N_R 개의 수신 안테나들에 의해 형성된 MIMO 채널은 N_C 개의 독립 채널들로 분해될 수 있으며, 여기서 N_C ≤min{N_T,N_R} 이다. N_C 개의 독립 채널들 각각은 또한 MIMO 채널의 공간 부채널로서 언급되며 디멘죤에 상응한다. MIMO 시스템은 다중 송신 및 수신 안테나들에 의해 발생된 추가적인 디멘죤들이 사용되는 경우 개선된 성능(예를 들면, 증가된 전송 용량)을 제공할 수 있다.

주어진 통신 시스템에 대한 자원들이 일반적으로 다양한 규제적 제한 및 요구상태, 그리고 다른 실제적인 고려사항들로 인해 제안된다. 그러나, 다수의 단말들을 지원하고, 다양한 서비스들을 제공하며, 임의의 성능 목표들을 달성할 수 있는 시스템이 요구된다.

따라서, 유연한 동작을 제공하고 개선된 시스템 성능을 제공할 수 있는 다중 접속 MIMO 시스템이 관련분야에서 요구된다.

도1은 본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들이 구현될 수 있는 다중 접속 통신 시스템의 다이아그램이다.

도2A 및 2B는 각각 다운링크 및 업링크 데이터 전송에 대한 기지국 및 2개의 단말들의 블록 다이아그램이다.

도3A는 가용 부분 CSI에 기반하여 그 처리를 조정할 수 있는 MIMO 송신 유닛의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도3B는 선택적인 채널 인버젼에 기반하여 데이터를 처리할 수 있는 송신 유닛의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도3C는 전체 CSI에 기반하여 데이터를 처리할 수 있는 송신 유닛의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도3D는 전송 채널들의 각 그룹에 대해 데이터를 독립적으로 코딩 및 변조할 수 있는 송신 유닛의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도3E는 OFDM에서 각각의 주파수 부채널들에 대해 데이터를 독립적으로 처리할 수 있는 송신 유닛의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도4A는 수신 유닛 내에서 RX MIMO/데이터 프로세서의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도4B, 4C, 4D 및 4E는 각각 CCMI 기술, MMSE 기술, DFE 기술, 및 연속적인 소거 수신기 처리 기술을 구현할 수 있는 공간/공간-시간 프로세서의 4개의 실시예들에 대한 블록 다이아그램이다.

도4F는 수신 유닛내에서 채널 MIMO/데이터 프로세서의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도4G는 간섭 소거기의 실시예에 대한 블록 다이아그램이다.

도5는 연속적인 소거 수신기 처리 기술을 보여주는 흐름도이다.

도6A는 다수의 재사용 패턴들에 기반한 시스템의 단말들에 대해 달성되는 SNR의 예시적인 누적 분산 함수들(CDFs)을 보여주는 도이다.

도6B는 1-셀 재사용 패턴을 위한 셀에서 단말들에 의해 달성될 수 있는 SNR 의 예시적인 CDF를 보여주는 도이다.

도6C는 3-셀 재사용 패턴에 대한 자원 분할 및 할당에 대한 실시예를 보여주는 다이아그램이다.

도7은 적응성 재사용 방식에 대한 처리의 실시예에 대한 흐름도이다.

도8A는 우선순위에 기반하여 데이터 전송을 위해 단말들을 스케줄링하기 위한 처리 실시예에 대한 흐름도이다.

도8B는 우선 순위에 기반하여 채널들을 단말들에 할당하는 처리에 관한 실시예의 흐름도이다.

도8C는 우선 순위에 기반하여 단말들을 보다 양호한 채널들로 업그레이드하기 위한 처리 실시예의 흐름도이다.

도9A 및 10A는 각각 다운링크 및 업링크 데이터 전송을 위해 단말들을 스케줄링하는 처리의 실시예에 대한 흐름도이다.

도9B는 최대-최대 기준을 사용하여 다운링크 데이터 전송을 위해 송신 안테나들을 단말들에 할당하는 처리의 실시예에 대한 흐름도이다.

도9C 및 10B는 각각 다운링크 및 업링크 상에서 데이터 전송을 위해 N_T개의 가장 높은 우선순위 단말들 세트를 스케줄링하기 위한 처리의 실시예에 대한 흐름도이다.

도11A는 다수의 동작 모드들에 대해 단말당 4개의 송신 안테나들 및 4개의 수신 안테나들을 갖는 MIMO 시스템에 대한 평균 다운링크 처리량을 보여주는 도이다.

도11B는 4개의 수신 안테나들 및 다양한 수의 단일-안테나 단말들과 관련된 평균 업링크 처리량을 보여주는 도이다.

도11C는 1,2, 및 4개의 송신 안테나 단말들이 동시에 송신하는 경우 셀들의 시뮬레이팅된 네트워크에 대한 셀 처리량을 보여주는 도이다.

본 발명의 다양한 양상들은 무선 통신 시스템에서 다운링크 및 업링크에 대한 가용 자원들(예를 들면, 전송 전력 및 대역폭)의 보다 효율적인 이용 및 신뢰성있는 성능을 제공할 수 있는 기술들을 제공한다. 이러한 기술들은 유리하게는 MIMO 시스템, 다중 접속 시스템(예를 들면, CDMA,TDMA,FDMA 시스템 등), OFDM 시스템, 또는 이들의 임의의 조합을 이용하는 통신 시스템(예를 들면, 다중 접속 MIMO 시스템, OFDM을 사용하는 MIMO 시스템 등)에서 사용될 수 있다.

일 양상에서, 데이터 전송을 채널 용량에 보다 근접하게 매칭시키기 위해서 이러한 기술들이 전송에 앞서 데이터를 적응적으로 처리하기 위해 제공된다. 적응성 전송 처리과정과 함께, 데이터 전송을 위해 사용되는 코딩 및 변조 방식들이 채널 상태 정보(CSI)에 의해 정량화되는 통신 채널의 특성들에 기반하여 선택될 수 있다. CSI는 수신 유닛(예를 들면, 단말)에서 결정되어 송신 유닛(예를 들면, 기지국)으로 보고될 수 있다. 그리고 나서 송신 유닛은 보고된 CSI에 기반하여 데이터 전송의 코딩 및 변조를 조정할 수 있다.

또 다른 양상에서, 이러한 기술들이 수신 유닛에서 다중 안테나들을 통해 수신된 데이터 전송을 처리하기 위해 제공될 수 있다. 채널 상관 매트릭스 인버젼(CCMI) 기술, 최소 평균 자승 에러(MMSE) 기술, MMSE 선형 등화기(MMSE-LE) 기술, 결정 피드백 등화기(DEE) 기술, 및 연속적인 소거 수신기 처리 기술들을 포함하여 다양한 수신기 처리 기술들이 여기서 기술된다. 이러한 수신기 처리 기술들은 유리하게는 고성능을 달성하기 위해서 적응성 송신 처리와 결합되어 사용될 수 있다.

또 다른 양상에서, 시스템의 스펙트럼 효율성을 추가로 증가시키는 방식으로 시스템내의 셀들을 동작시키기 위해서 이러한 기술들이 제공된다. 적응성 재사용 방식들 및 전력 백-오프를 통해, 다운링크 및/또는 업링크상에서의 전송 전력은 간섭을 감소시키고, 커버리지를 개선시키며 높은 처리율을 달성하기 위해 구조화된 방식으로 제한될 수 있다.

또 다른 양상에서, 이러한 기술들이 다운링크 및 업링크 상에서 효율적으로 데이터 전송을 스케줄링하기 위해서 제공된다. 이러한 스케줄링 방식들은 다양한 제한상태들 및 요구상태들(예를 들면, 수요 요구상태들, 로딩, 공정성 기준, 데이터율 능력, 채널 상태 등)을 만족시키는 방식으로 하나 또는 다수의 단말들에 대한 전송들을 최적화하도록(예를 들면 처리율을 최대화함) 설계될 수 있다. 시스템의 임의의 특성(예를 들면, 다중 사용자 다이버시티, 수신기 처리 기술들 등)들이 또한 개선된 성능을 제공하기 위해서 이용될 수 있다.

본 발명의 이러한 특성, 실시예들, 및 특징들 및 추가적인 특성들은 아래에서 상술될 것이다. 본 발명은 추가적으로 하기에서 기술되는 본 발명의 다양한 특성, 실시예, 및 특징들을 구현하는 방법들, 송신 유닛들, 수신 유닛들, 기지국들, 단말들, 시스템들, 장치들, 프로그램 제품들 등을 제공한다.

본 발명의 이러한 특성 및 장점들은 하기 도면을 참조하여 상술될 것이다.

Ⅰ. 시스템 개관

도1은 본 발명의 다양한 양상들 및 실시예들을 구현할 수 있고 다양한 사용자들을 지원하는 다중-접속 통신 시스템(100)의 다이아그램이다. 시스템(100)은 다양한 커버리지 영역들(102a-102g)에 대해 통신을 제공하고, 각각의 커버리지 영역은 대응하는 기지국(104)(접속 포인트, 노드 B, 또는 다른 용어로서 지칭될 수 있음)에 의해 서비스된다. 각각의 기지국 커버리지 영역은 예를 들어 단말들이 특정 서비스 품질(GoS)을 달성할 수 있는 영역으로 정의될 수 있다. 기지국 및/또는 그 커버리지 영역은 또한 종종 "셀"로서 지칭된다.

도1에서 제시되는 바와 같이, 다양한 단말들(106)이 시스템에 걸쳐 분포되어 있고, 각 단말은 고정(즉 정적) 단말이거나 이동 단말일 수 있다. 각각의 단말은 활성 여부, "소프트 핸드오프" 여부 등에 따라 임의의 주어진 순간에 다운링크 및/또는 업링크 상에서 하나 또는 가능하게는 다수의 기지국들과 통신할 수 있다. 다운링크(순방향 링크)는 기지국으로부터 단말로의 전송을 지칭하고, 업링크(역방향 링크)는 단말로부터 기지국으로의 전송을 지칭한다. 도1에서, 기지국(104a)은 단말(106a)과 통신하고, 기지국(104b)은 단말들(106b,106c, 및 106d)과 통신하며, 기지국(104c)은 단말들(106e,106f, 및 106g)과 통신한다.

시스템(100)은 CDMA, TDMA, FDMA 및 다른 다중 접속 방식들을 위한 다수의 표준들 및 설계들을 구현하도록 설계될 수 있다. CDMA 표준들은 IS-95, cdma2000, IS-856, W-CDMA 및 TS-CDMA 표준들을 포함하고, TDMA 표준들은 이동 통신용 글로벌 시스템(GSM) 표준을 포함한다. 이러한 표준들은 공지되어 있고 본 명세서에서 참조된다.

시스템(100)은 데이터 전송을 위한 다수의(N_T) 송신 안테나들 및 다수의(N_R) 수신 안테나들을 사용하는 다중-입력 다중-출력(MIMO) 시스템일 수 있다. N_T 개의 송신 안테나 및 N_R 개의 수신 안테나들에 의해 형성되는 MIMO 채널은 N_C개의 독립 채널들로 분해될 수 있고, 여기서 N_C ≤min{N_T,N_R} 이다. NC개의 독립 채널들은 MIMO 채널의 공간 부채널로서 지칭된다. MIMO 시스템은 다수의 송신 및 수신 안테나들에 의해 형성된 공간 부채널들이 사용되는 경우 개선된 성능(예를 들면, 증가된 전송 용량)을 제공할 수 있다.

시스템(100)은 대안적으로 또는 추가적으로 직교 주파수 분할 멀티플렉스(OFDM)을 이용할 수 있고, 여기서 OFDM 은 동작 주파수 밴드를 다수의(N_F) 주파수 부채널들(즉 주파수 빈들)로 효과적으로 분할한다. 각각의 타임슬롯에서(주파수 부채널의 대역폭에 의존하는 특정 시간 인터벌), 변조 심벌은 N_F개의 주파수 부채널들 각각에서 전송될 수 있다.

시스템(100)은 다수의 "전송" 채널들을 통해 데이터를 전송하도록 동작될 수 있다. OFDM을 이용하지 않는 MIMO 시스템에 있어서, 일반적으로 단지 하나의 주파수 부채널이 존재하고 각각의 공간 부채널은 전송 채널로서 지칭될 수 있다. OFDM을 이용하는 MIMO 시스템에 있어서, 각각의 주파수 부채널의 각각의 공간 부채널은 전송 채널로서 지칭될 수 있다. MIMO를 이용하지 않는 OFDM 시스템에 있어서, 단지 하나의 공간 부채널만이 존재하고 각각의 주파수 부채널은 전송 채널로서 지칭될 수 있다.

다음의 채널들 및 부채널들이 본 시스템에 의해 지원될 수 있다:

●채널 - TDMA 시스템에서 타임 슬롯, FDMA 또는 OFDM 시스템에서 주파수 부채널, 또는 CDMA 시스템에서 코드 채널일 수 있는 전송 유닛;

●통신 채널 - 송신 및 수신 안테나들 사이의 RF 전파 채널;

●전송 채널 - 독립적인 데이터 스트림이 전송될 수 있는 공간 부채널, 주파수 부채널, 또는 주파수 부채널의 공간 부채널;

●공간 부채널 - 송신 및 수신 안테나들 사이의 통신 채널의 공간 디멘죤에 의해 형성되는 독립 채널; 및

●주파수 서브 채널 - OFDM 시스템의 주파수 빈.

송신 유닛 및 수신 유닛에서의 다중 안테나들의 사용(즉, N_R x N_T MIMO)은 다중 접속 시스템들(예를 들면, 셀룰러, PCS, LAN 등)의 용량을 향상시키기 위한 효과적인 기술이다. MIMO를 사용하여, 송신 유닛은 송신 및 수신 안테나들을 커플링하는 통신 채널의 공간 디멘죤을 사용함으로써 하나 또는 다수의 수신 유닛들로 동일 통신 채널상에서 다수의 독립 데이터 스트림들을 전송할 수 있다.

시스템(100)은 다수의 동작 모드들을 지원하도록 설계될 수 있다. 시스템에서, 각각의 기지국에는 데이터 전송 및 수신을 위한 다중 전송 및 수신 안테나들 모두가 제공될 수 있고, 각각은 단말에는 데이터 전송 및 수신을 위한 하나의 송신/수신 안테나 또는 다수의 송신/수신 안테나들이 제공될 수 있다. 각 단말 타입에 대해 사용되는 안테나들의 수는 예를 들면, 단말에 의해 지원되는 서비스(예를 들면, 음성, 데이터 또는 이 둘 모두), 비용 제한, 규제 제한, 보안 문제, 등과 같은 다양한 인자들에 의존한다. 테이블 1은 시스템(100)에 의해 지원될 수 있는 동작 모드들의 매트릭스를 요약하는 테이블이다.

테이블 1에 제시된 동작 모드들의 간략한 설명이 아래에서 제시된다:

●SISO(단일-입력, 단일-출력) - RF 링크는 하나의 송신 안테나 및 하나의 수신 안테나에 의해 특징지워진다.

●SIMO(단일-입력, 다중-출력) - RF 링크는 하나의 송신 안테나 및 다수의 수신 안테나들에 의해 특징지워진다. 이러한 동작 모드는 수신 다이버시티를 위해 사용된다.

●MISO(다중-입력, 단일-출력) - RF 링크는 다수의 송신 안테나들 및 하나의 수신 안테나에 의해 특징지워진다. 이러한 동작 모드는 송신 다이버시티를 위해 사용된다.

●MIMO(다중-입력, 다중-출력) - RF 링크는 다수의 송신 안테나들 및 다수의 수신 안테나들에 의해 특징지워진다.

시스템(100)은 MIMO 가 사용되는 경우 다음 동작 모드들을 지원하도록 추가적으로 설계될 수 있다.

●다이버시티 - 하나의 데이터 스트림에 대한 보다 신뢰성 있는 전송을 달성하기 위해 다중 송신 및 수신 안테나들의 사용(즉 송신 및 수신 모두의 다이버시티).

●공간 멀티플렉싱, 단일-사용자(단일-사용자 MIMO 모드) - 통신 채널의 공간 디멘죤을 이용함으로써 복수의 병렬 전송 채널들을 발생시킴으로써 단일 단말에 대해 고속 데이터율을 달성하기 위해서 다중 송신 및 수신 안테나들의 사용.

●공간 멀티플렉싱, 다중-사용자(다중-사용자 MIMO 모드) - 동일 채널상에서 동시에 다수의 단말들과 통신을 수용하기 위해서 다중 송신 및 수신 안테나들의 사용.

●혼합 모드 - 동일 채널상에서 동시에 SIMO 및 MIMO 단말들 조합과의 통신을 수용하기 위해서 다중 송신 및 수신 안테나들의 사용.

상술한 동작 모드들은 MIMO 모드의 서브-카테고리들로서 관측될 수 있다.

각 기지국 및 각 단말에 의해 지원되는 특정 동작 모드(들)는 기지국 또는 단말에서 가용되는 송신 및 수신 안테나들의 수에 부분적으로 의존한다. 다중 송신 안테나 및 다중 수신 안테나들이 구비된 기지국은 상술한 모든 동작 모드들을 지원할 수 있다. 단말은 임의의 수를 갖는 송신 안테나 및 임의의 수를 갖는 수신 안테나로 설계될 수 있다. 다운링크 상에서, 단일 수신 안테나를 갖는 단말(예를 들면, 음성 서비스만을 위해 설계된 단말)은 SISO 및 MISO 모드들을 지원할 수 있고, 다중 수신 안테나들을 구비한 단말은 SIMO 및 MIMO 모드들을 지원할 수 있다. 송신 다이버시티의 일정한 형태들(즉, MISO)은 단일 수신 안테나 단말들에 대한 전송들을 위해 사용될 수 있다. 업링크 상에서, 단일 송신 안테나 단말들은 SISO 및 SIMO 모드들을 지원할 수 있고, 다중 송신 안테나 단말들은 MISO 및 MIMO 모드들을 지원할 수 있다.

1. 다중 접속 네트워크들에서의 공간 멀티플렉싱

MIMO와 관련된 공간 멀티플렉싱 모드들은 상당한 시스템 유연성을 제공하고 추가적으로 혼합된 단말 타입들을 지원한다. 다운링크 및 업링크에 대해 사용되는 시스템 구성은 예를 들면, 상이한 서비스 요구상태, 비용 제한, 및 상이한 단말 타입들의 능력들과 같은 다양한 인자들로 인해 상이할 수 있다.

다중-사용자 MIMO 모드의 경우, 다중 병렬 채널들이 지원되고, 여기서 각각의 채널은 SIMO, MIMO, 또는 이들의 조합에 의해 동작될 수 있다. 다운링크 상에서, 기지국에서의 다중 송신 안테나들이 병렬 전송 채널들을 사용하여 상이한 단말들로 데이터를 전송하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우, 각각의 단말은 다른 단말들 신호들을 제거하고 그 자신의 신호(들)를 복조하기 위해 공간 처리와 함께 다중 수신 안테나들을 사용할 수 있다. 업링크 상에서, 기지국의 수신 유닛은 개별 단말들로부터의 전송들을 분리하여 복조하기 위해서 공간 처리와 함께 다중 수신 안테나들을 사용한다.

다중-사용자 MIMO 모드는 그 형태에 있어서 공간 분할 다중 접속(SDMA)과 유사하다. SDMA에 있어서, 상이한 단말들과 관련된 "공간 서명"이 다수의 단말들이 동일 채널상에서 동시에 동작할 수 있도록 하여주기 위해 사용된다. 공간 서명은 송신 안테나(들) 및 수신 안테나(들) 사이의 전파 경로에 대한 완전한 RF 특성을 구성한다. 다운링크 상에서, 공간 서명들은 단말들에서 유도되어 기지국으로 보고된다. 그리고 나서, 기지국은 이러한 공간 서명들을 처리하여 동일 채널 상에서 데이터 전송을 위한 단말들을 선택하고 선택된 단말들로 전송될 독립적인 데이터 스트림들의 각각에 대해 상호 "직교" 조종 벡터(steering vector)들을 유도한다. 업링크 상에서, 기지국은 상이한 단말들의 공간 서명들을 유도할 수 있다. 그리고 나서 기지국은 이러한 서명들을 처리하여 데이터 전송을 위한 단말들을 스케줄링하고, 각 전송을 개별적으로 복조하기 위해 스케줄링된 단말들로부터의 전송들을 추가로 처리한다.

단말들에 다중 수신 안테나들이 제공되면, 기지국은 SDMA 장점을 달성하기 위해서 단말들의 공간 서명들을 필요로 하지 않는다. 기지국에서 필요한 모든 것은 단말에서의 복조후에 각 기지국 송신 안테나로부터의 신호와 관련된 "후-처리된" SNR 를 표시하는 각 단말로부터의 약간의 정보이다. SNR 추정 처리는 아래에서 기술되는 바와 같이 각 기지국 송신 안테나로부터 주기적으로 파일럿을 전송함으로써 이뤄질 수 있다.

다운링크 및 업링크 모두에 대해서, (예를 들면, 요청에 기반하여) 사용자들로의 자원들을 할당 및 할당해제함으로써 기지국은 시스템으로의 접속을 제어할 수 있다. 사용자들에게 자원이 할당되는 경우, 사용되는 특정 동작 모드를 표시하기 위해서 제어 채널을 통해 정보가 사용자들로 제공될 수 있다. 또한, 시스템은 아래에서 제시하는 바와 같이 시스템 로딩 및/또는 성능 매트릭들의 조합에 기반하여 적응적인 방식으로 다양한 동작 파라미터들(예를 들면, 동작 모드, 채널, 데이터율, 송신 안테나(들), 송신 전력 등)을 조정할 수 있다.

2. 기지국 및 단말 블록 다이아그램들

도2A는 다운링크 데이터 전송에 대해 시스템(100)내의 기지국(104) 및 2개의 단말들(106)에 대한 블록 다이아그램이다. 기지국(104)에서, 데이터 소스(208)는 데이터(즉, 정보 비트들)를 송신(TX) 데이터 프로세서(210)로 제공한다. 각 전송 안테나에 대해서, TX 데이터 프로세서(210)는 (1) 특정 코딩 방식에 따라 데이터를 인코딩하고, (2) 특정 인터리빙 방식에 따라 코딩된 비트들을 인터리빙(재배열)하며, (3) 데이터 전송을 위해 선택된 하나 또는 그 이상의 전송 채널들에 대해 변조 심벌들내에 인터리빙된 비트들을 매핑시킨다. 이러한 인코딩은 데이터 전송의 신뢰성을 증가시킨다. 이러한 인터리빙은 코딩된 비트들에 대한 시간 다이버시티를 제공하고, 데이터가 전송 채널들에 대한 평균 SNR에 기반하여 전송되도록 하여주며, 페이딩을 극복하고, 각 변조 심벌들을 형성하기 위해 사용되는 코딩된 비트들 사이에서 상관을 제거하며, 코딩된 비트가 다중 주파수 서브 채널들에서 전송되는 경우 주파수 다이버시티를 제공하여 준다. 일 양상에서, 코딩 및 변조(즉 심벌 매핑)은 제어기(230)에 의해 제공되는 제어 신호들에 기반하여 수행될 수 있다.

TX MIMO 프로세서(220)는 TX 데이터 프로세서(21)로부터 변조 심볼을 수신하여 복조하고, 각각의 전송 채널(예, 각각의 전송 안테나)에 대해 변조 심볼의 스트림을 제공하며, 타임 슬롯당 하나의 변조 심볼을 제공한다. TX MIMO 프로세서(220)는 전체 CSI(예, 채널 응답 매트릭스 H )가 사용 가능하다면 각각의 전송 채널에 대해 변조 심볼들을 추가로 전처리한다. MIMO 및 전체-CSI 프로세싱은 이후 추가로 설명된다.

만일 OFDM이 사용되지 않는다면, TX MIMO 프로세서(220)는 데이터 전송에 사용된 각각의 전송 안테나에 대해 변조 심볼의 스트림을 제공한다. 만일 OFDM이 사용된다면, TX MIMO 프로세서(220)는 데이터 전송에 사용된 각각의 전송 안테나에 대해 변조 심볼 벡터들의 스트림을 제공한다. 만일 전체-CSI 프로세싱이 (이하에서 설명된 바와 같이) 수행된다면, TX MIMO 프로세서(220)는 데이터 전송에 사용된 각각의 안테나에 대해 전처리된 변조 심볼들의 스트림 또는 전처리된 변조 심볼 벡터들을 제공한다. 각각의 스트림은 개별 변조기(MOD)(222)에 의해 수신되고 변조되며 관련 안테나(224)를 통해 전송된다.

데이터 전송이 지시되는 각각의 단말(106)에서, 하나 이상의 안테나(252)가 전송된 신호들을 수신하고, 각각의 수신 안테나는 개별 복조기(DEMOD)(254)로 수신된 신호를 제공한다. 각각의 복조기(또는 프론트-엔드 유닛)(254)는 변조기(222)에서 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행한다. 모든 복조기(254)로부터의 변조 심볼들은 수신(RX) MIMO/데이터 프로세서(260)에 제공되어, 단말에 대해 전송된 하나 이상의 데이터 스트림을 복원하기 위해 프로세싱된다. RX MIMO/데이터 프로세서(260)는 TX 데이터 프로세서(210) 및 TX MIMO 프로세서(220)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하고 디코딩된 데이터를 데이터 싱크(262)에 제공한다. 단말(106)에 의한 프로세싱은 이하에서 추가로 설명된다.

각각의 단말(106)에서, RX MIMO/데이터 프로세서(260)는 다운링크의 상태를 추정하여 추정된 링크 상태들을 지시하는 채널 상태 정보(CSI)(예, 후처리된 SNR 또는 채널 이득 추정치)를 제공한다. 제어기(270)는 다운링크 CSI(DL CSI)를 몇몇 다른 형태(에, 데이터 레이트, 코딩/복조 방식 등)로 변형한다. TX 데이터 프로세서(280)는 다운링크 CSI를 수신하여 처리하고, 다운링크 CSI를 지시하는 프로세싱된 데이터를 (직접 또는 TX MIMO 프로세서(282)를 통해) 하나 이상의 변조기(254)에 제공한다. 변조기(들)(254)는 프로세싱된 데이터를 처리하여 역방향 채널을 통해 기지국(104)으로 다시 다운링크 CSI를 전송한다. 다운링크 CSI는 이하에서 설명될 바와 같이, 여러 시그널링 기술들을 사용하여 단말에 의해 보고된다.

기지국(104)에서, 전송된 피드백 신호는 안테나들(224)에 의해 수신되어, 복조기(222)에 의해 복조되고, RX MIMO/데이터 프로세서(240)에 제공된다. RX MIMO/데이터 프로세서(240)는 TX 데이터 프로세서(280) 및 TX MIMO 프로세서(282)(있다면)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하고, 보고된 CSI를 복원하며, 이는 다음으로 제어기(230) 및 스케줄러(234)에 제공된다.

스케줄러(234)는 보고된 다운링크 CSI를 사용하여 (1) 데이터 전송에 대한 최상의 단말 세트를 선택하는 것 및 (2) 선택된 단말들에 가용 전송 안테나들을 할당하는 것과 같은 다수의 기능들을 수행한다. 스케줄러(234) 또는 제어기(230)는 추가로 보고된 다운링크 CSI를 사용하여 각각의 전송 안테나에 대해 사용될 코딩 및 변조 방식을 결정한다. 스케줄러(234)는 이하에서 설명될 바와 같이, 높은 처리량 및/또는 몇몇 다른 수행 기준 또는 계량법(metric)에 기초하여 단말들을 스케줄링한다.

도 2B는 다운링크 데이터 전송을 위한 기지국(104) 및 두 개의 단말의 블록도이다. 업링크로 데이터 전송을 위해 스케줄링된 각각의 단말(106)에서, 데이터 소스(278)는 TX 데이터 프로세서(280)에 데이터를 제공하고, 이러한 프로세서는 데이터를 변조 심볼들로 인코딩하며, 인터리빙하고 맵핑한다. 만일 다수의 전송 안테나들이 데이터 전송에 사용된다면, TX MIMO 프로세서(282)는 데이터 전송에 사용된 각각의 안테나에 대해 변조 심볼들, 전처리된 변조 심볼들, 변조 심볼 벡터들 또는 전처리된 변조 심볼 벡터들의 스트림을 제공하기 위해 변조 심볼들을 수신하여 추가로 처리한다. 각각의 스트림은 개별 변조기(254)에 의해 수신 및 변조되어 관련 안테나(252)를 통해 전송된다.

기지국(104)에서, 다수의 안테나(224)는 전송된 신호를 수신하고, 각각의 수신 안테나는 개별 복조기(222)에 수신된 신호를 제공한다. 각각의 복조기(222)는 변조기(254)에서 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행한다. 모든 복조기(222)로부터의 변조 심볼들은 RX MIMO/데이터 프로세서(240)에 제공되고, 스케줄링된 단말에 의해 전송된 데이터 스트림들을 복원하도록 프로세싱된다. RX MIMO/데이터 프로세서(240)는 TX 데이터 프로세서(280) 및 TX MIMO 프로세서(282)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하며 디코딩된 데이터를 데이터 싱크(242)에 제공한다.

다음 전송 간격으로 전송하고자 하는 각각의 단말(106)에 대해, RX MIMO/데이터 프로세서(240)는 업링크를 위한 채널 상태들을 추정하고 업링크 CSI(UL CSI)를 유도하며, 이는 제어기(230)에 제공된다. 스케줄러(234)는 업링크 CSI를 수신하여 (1) 업링크로 데이터를 전송하기 위한 최상의 단말들 세트를 선택하는 것, (2) 선택된 단말들로부터 신호들을 위한 특정 프로세싱 순서를 결정하는 것 및 (3) 각각의 스케줄링된 단말의 각각의 전송 안테나에 대해 사용하기 위한 코딩 및 변조 방식을 결정하는 것과 같은 다수의 기능을 수행한다. 각각의 전송 간격에 대해, 스케줄러(234)는 어떠한 단말이 데이터 전송을 위해 선택되었는지 및 각각의 스케줄링된 단말에 대해 할당된 전송 파라미터들을 지시하는 업링크 스케줄을 제공한다. 각각의 스케줄링된 단말의 각각의 전송 안테나에 대한 전송 파라미터들은 사용될 데이터 레이트와 코딩 및 변조 방식을 포함한다.

TX 데이터 프로세서(210)는 업링크 스케줄을 수신하여 프로세싱하고, 하나 이상의 변조기(222)로 스케줄을 지시하는 프로세싱된 데이터를 제공한다. 변조기(들)(222)는 프로세싱된 데이터를 추가로 처리하여 무선 링크를 통해 업링크 스케줄을 전송한다. 업링크 스케줄은 여러 시그널링 메시징 기술들을 사용하여 단말로 전송된다.

각각의 활성 단말(1060)에서, 전송된 신호들은 안테나(252)에 의해 수신되고, 복조기(254)에 의해 복조되어, RX MIMO/데이터 프로세서(260)에 제공된다. 프로세서(260)는 TX MIMO 프로세서(220) 및 TX 데이터 프로세서(210)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행하여, 그 단말(있다면)에 대한 업링크 스케줄을 복원하며, 다음으로 제어기(270)에 제공되어 단말에 의해 전송된 업링크를 제어하는데 사용된다.

도 2A 및 도 2B에서, 스케줄러(234)는 기지국(104)내에 구현되는 것으로 도시된다. 다른 구현에서, 스케줄러(234)는 시스템(100)의 몇몇 다른 엘리먼트(예, 다수의 기지국에 연결 및 대화하는 기지국 제어기)내에 구현된다.

Ⅱ. 송신기 유닛

MIMO 시스템은 다수의 송신 및 수신 안테나에 의해 형성된 추가의 차원들이 사용될 때 개선된 성능을 제공할 수 있다. 증가된 시스템 효율 및 성능은 송신기 유닛이 전송 안테나들로부터 수신 안테나들로의 전송 특성들의 설명하는 CSI를 구비할 때 가능하다(이것이 절대적으로 요구되는 것은 아님). CSI는 "전체 CSI" 또는 "부분 CSI"로서 카테고리화된다.

전체 CSI는 (N_T×N_r) MIMO 매트릭스내 각각의 송신-수신 안테나 쌍 사이의 전파 경로에 대한 전체 시스템 대역폭(즉, 각각의 주파수 부채널) 전체에 충분한 특징화(예, 진폭 및 위상)를 포함한다. 전체-CSI 프로세싱은 (1) 채널 특성화가 송신 및 수신 안테나 모두에서 사용될 수 있고, (2)송신기 유닛이 MIMO 채널(이하에서 설명됨)에 대한 고유모두를 유도하고, 고유모드로 전송될 변조 심볼들을 결정하며, 변조 심볼들을 선형 전처리(필터링)하고, 전처리된 변조 심볼들을 전송하고, 및(3) 수신기 유닛은 각각의 전송 채널에 대해 필요한 N_C 공간 정합 필터 계수(즉, 각각의 고유모드)를 유도하기 위해 채널 특징화에 기초하여 선형 전송 프로세싱의 상보적인 프로세싱(예, 공간 정합 필터)을 수행하는 것을 의미한다. 전체-CSI 프로세싱은 추가로 변조 심볼들을 유도하기 위해 채널의 고유값(이하에서 설명)에 기초하여 각각의 전송 채널에 대해 선택된 적정 코딩 및 변조 방식에 따라 데이터를 프로세싱하는 것을 수반한다.

부분 CSI는 예를 들면, 전송 채널들의 신호-대-잡음-플러스-간섭비(SNR)를 포함한다. 특정 전송 채널에 대한 SNR은 데이터 스트림 또는 전송 채널로 전송된 파일럿을 검출함으로써 유도된다. 부분-CSI 프로세싱은 채널의 SNR에 기초하여 각각의 전송 채널에 대해 선택된 적정 코딩 및 변조 방식에 따라 데이터를 프로세싱하는 것을 의미한다.

다운링크 및 업링크 모두, 전체 또는 부분 CSI는 시스템의 여러 동작 파라미터들을 조정하는데 사용된다. 다운링크에서, 단말들은 각각의 전송 채널에 대해 SNR을 유도하고, 역방향 채널을 통해 기지국으로 다운링크 CSI를 보고한다. 다음으로, 기지국은 이러한 정보를 단말들로의 다운링크 전송을 스케줄링하는 데 및 채널과 안테나 할당등, 동작 모드, 데이터 레이트 및 사용될 전송 전력을 결정하는데 사용한다. 업링크에서, 기지국은 개별 단말들에 해당하는 SNR들을 유도하며, 다운링크 전송들을 스케줄링하기 위해 이러한 정보를 사용한다. 관련 정보(예, 스케줄, 데이터 레이트, 코딩 및 변조 방식, 전송 전력 등)가 다운링크로 제어 채널을 통해 영향을 받은 단말들로 통신된다.

1. 부분-CSI 프로세싱을 가진 MIMO 송신기 유닛

도 3A는 MIMO 송신기 유닛(300a)의 일 실시예의 블록도이며, 이는 도 2A 및 도 2B의 기지국(104) 또는 단말(106)의 송신기 부분의 일 실시예이다. 송신기 유닛(300a)은 (예, 수신기 유닛에 의해 보고된) 가용 부분 CSI에 기초하여 자신의 프로세싱을 조정할 수 있다. 송신기 유닛(300a)은 (1) 변조 심볼들을 제공하기 위해 정보를 수신 및 프로세싱하는 TX 데이터 프로세서(210a) 및 (2) N_T 전송 안테나들에 대해 변조 심볼들을 디멀티플렉싱하는 TX MIMO 프로세서(220a)를 포함한다.

TX 데이터 프로세서(210a)는 도 2A 및 도 2B의 TX 데이터 프로세서(210, 280)의 일 실시예이다. 도 3A에 도시된 특정 실시예에서, TX 데이터 프로세서(210a)는 인코더(312), 채널 인터리버(314) 및 심볼 맵핑 엘리먼트(316)를 포함한다. 인코더(312)는 코딩된 비트를 제공하기 위해 특정 코딩 방식에 따라 정보 비트들을 수신하여 인코딩힌다. 인코딩 방식은 컨볼루셔널 코드, 터보 코드, 블록 코드, 주기적 리던던시 검사(CRC), 연결 코드 또는 다른 코드 혹은 이들 코드들의 조합을 포함한다. 채널 인터리버(314)는 다이버시티를 제공하기 위해 특정 인터리빙 방식에 기초하여 코딩된 비트들을 인터리빙한다. 그리고, 심볼 맵핑 엘리먼트(316)는 데이터를 전송하는데 사용된 하나 이상의 전송 채널들에 대해 코딩된 비트들을 변조 심볼들로 맵핑한다.

비록 도 3A에는 간략함을 위해 도시되지는 않았지만, 파일럿 데이터(예, 공지된 패턴의 데이터)가 프로세싱된 정보 비트들로 인코딩되고 멀티플렉싱된다. 프로세싱된 파일럿 데이터는 정보 비트들을 전송하는데 사용된 전송 채널들의 모든 또는 서브세트로 전송(예, 시분할 멀티플렉싱(TDM) 또는 코드분할 멀티플렉싱(CDM) 방식으로)된다. 파일럿 데이터는 채널 추정, 주파수 및 타이밍 추정, 코히어런트 데이터 복조 등을 수행하기 위해 수신기에서 사용된다.

도 3A에 도시된 바와 같이, 인코딩 및 변조는 코딩 및 변조 제어에 반영될 바와 같이, 가용 부분 CSI에 기초하여 조정된다. 일 실시예에서, 데이터를 전송하는데 사용될 전송 채널의 SNR에 의해 지원되는 바와 같이, 적응성 인코딩이 고정 기본 코드(예, 레이트 1/3 터보 코드)를 사용함으로써 그리고 원하는 코딩 레이트를 달성하기 위해 펑처링을 조정함으로써 달성된다. 이러한 코딩 방식을 위해, 펑처링은 채널 인터리빙 이후 수행된다. 다른 실시예에서, 다른 코딩 방식이 가용 부분 CSI에 기초하여 사용된다(예, 각각의 스트림이 독립 코드로 코딩됨).

각각의 전송 채널에 대해, 심볼 맵핑 엘리먼트(316)는 비이진 심볼들을 형성하기 위해 인터리빙된 비트들의 세트를 그룹화하며, 각각의 비이진 심볼을 전송 채널에 대해 선택된 특정 변조 방수식 (예, QPSK, M-PSK, M-QAM 또는 몇몇 다른 방식)에 해당하는 신호 형태(constellation)의 포인트에 맵핑하도록 설계된다. 각각의 맵핑 신호 포인트는 변조 심볼에 해당한다.

특정 레벨의 성능(예, 1퍼센트 패킷 에러 레이트(PER))에 대한 각각의 변조 심볼로 전송된 정보 비트의 수는 전송 채널의 SNR에 의존한다. 따라서, 각각의 전송 채널에 대한 코딩 방식 및 변조 방식은 가용 부분 CSI에 기초하여 선택된다. 채널 인터리빙은 코딩 제어에 대해 블록(314)에 점선으로 표시된 바와 같이, 가용 부분 CSI에 기초하여 조정된다.

표 2는 다수의 SNR 범위에 대해 사용되는 코딩 레이트 및 변조 방식의 여러 조합들의 리스트이다. 각각의 전송 채널에 대해 지원된 비트 레이트는 코딩 레이트 및 변조 방식의 가능한 다수의 조합중 하나를 사용하여 달성된다. 예를 들어, 변조 심볼당 하나의 정보 비트가 (1) 1/2의 코딩 레이트 및 QPSK 변조, (2) 1/3의 코딩 레이트 및 8-PSK 변조, (3) 1/4의 코딩 레이트 및 16-QAM 또는 다른 코딩 레이트들 및 변조 방식의 조합을 사용하여 달성된다. 표 2에서, QPAK, 16-QAM 및 64-QAM이 리스트된 SNR 범위에 대해 사용된다. 8-PSK, 32-QAM, 128-QAM 등과 같은 다른 변조 방식이 본 발명의 범위내에서 사용된다.

TX 데이터 프로세서(210a)를 변조 심볼들은 TX MIMO 프로세서(220a)에 제공되며, 이는 도 2A 및 도 2B의 TX MIMO 프로세서(220, 282)의 일 실시예이다. TX MIMO 프로세서(220a)내에서, 디멀티플렉서(324)는 수신된 변조 심볼들 다수의 변조 심볼 스트림들로 디멀티플렉싱하며, 각각의 안테나에 대해 하나의 스트림이 변조 심볼을 전송하는 데 사용된다. 각각의 변조 심볼 스트림은 개별 변조기(222)에 제공된다. 각각의 변조기(222)는 변조 심볼들을 하나 이상의 아날로그 신호들로 컨버팅하고, 추가로 신호(들)를 증폭하고, 필터링하며, 직교 변조 및 업컨버팅하여, 무선 링크를 통해 관련 안테나(224)를 통한 전송에 적합한 변조 신호를 생성한다.

만일 공간 부채널의 수는 가용 전송 안테나의 수보다 작을 때(즉, N_C＜N_T), 여러 방식이 데이터 전송에 사용된다. 일 방식으로, N_C 변조 심볼 스트림이 생성되어 가용 전송 안테나의 서브세트(즉, N_C)로 전송된다. 나머지 (N_T-N_C) 전송 안테나들은 데이터 전송에 사용되지 않는다. 다른 방식으로, (N_T-N_C) 추가 전송 안테나들에 의해 제공된 추가의 자유도가 데이터 전송의 신뢰성을 개선하는데 사용된다. 이러한 방식에서, 하나 이상의 데이터 스트림들의 각각이 다수의 전송 안테나들을 통해 인코딩, 가능하게는 인터리빙 및 전송된다. 주어진 데이터 스트림에 대해 다수의 전송 안테나들의 사용은 다이버시티를 증가시키며, 유해한 경로 효과에 대한 신뢰성을 개선시킨다.

2. 선택적인 채널 인버전을 가진 MIMO 송신기 유닛

도 3B는 선택적인 채널 인버전에 기초하여 데이터를 프로세싱할 수 있는 송신기 유닛(300b)의 일 실시예의 블록도이다. 송신기 및 수신기 유닛에서의 데이터 프로세싱을 간략히 하기 위해, 공통 코딩 및 변조 방식이 데이터 전송을 위해 선택된 모든 전송 채널들에 대해 사용된다. 이 경우, 송신기 유닛은 단일(예, 컨볼류셔널 또는 터보) 코드 및 코딩 레이트를 사용하여 데이터를 인코딩하며, 단일(예, PSK 또는 QAM) 변조 방식을 사용하여 그로 인한 코딩된 비트들을 변조 심볼에 맵핑한다. 이러한 단일 코딩 및 변조 방식을 지원하기 위해, 각각의 선택된 전송 채널에 대한 전송 전력 레벨은 수신기 유닛에서 특정 SNR을 수신하기 위해 설정 또는 조정된다. 전력 제어는 선택된 전송 채널들을 "인버팅"하고, 모든 선택된 채널들에 대해 전체 가용 전송 전력을 적절히 분배함으로써 달성된다.

만일 동일한 전송 전력이 모든 가용 전송 채널들에 대해 사용되고, 잡음 분산 σ²가 모든 채널들에 대해 일정하다면, 전송 채널 (j, k)에 대해 수신된 SNR 은 다음과 같고:

여기서, 는 전송 채널(j, k)(즉, k- 번째 주파수 부채널의 j-번째 공간 부채널의 수신된 전력이며, 는 송신기 유닛에서 사용 가능한 전체 전송 전력이며, 는 복소 채널 이득이다(만일 MIMO가 사용되지 않는다면 j=1이고 OFDM이 사용되지 않는다면 k=1이다).

선택된 전송 채널들 사이의 전체 전송 전력을 분배하는데 사용된 정규화 인자 β는 다음과 같이 표현된다:

여기서, 는 사용하기 위한 전송 채널을 선택하는데 사용된 SNR 임계치이다. 수식 (2)에 도시된 바와 같이, 정규화 인자 β는 모든 선택된 전송 채널들의 SNR에 기초하며 이들의 역수의 합으로서 계산된다.

모든 선택된 전송 채널들의 유사 수신된 SNR들을 달성하기 위해, 각각의 선택된 전송 채널 (j,k)에 대한 변조 심볼들은 그 채널의 SNR과 관련된 가중치 W(j, k)에 의해 가중되고, 다음과 같이 표현된다:

각각의 전송 채널에 대한 가중된 전송 전력은 다음과 같이 표현된다:

수식 (4)에 표현된 바와 같이, 수신된 SNR이 SNR 임계치보다 크거나 같을 때의 전송 채널들만이 사용을 위해 선택된다.

선택적인 채널 인버전은 "선택적인 채널 인버전을 사용하여 다중-채널 통신 시스템내 전송을 위한 데이터 프로세싱 방법 및 장치"라는 명칭으로 2001년 5월 17일 출원된 미국특허출원번호 09/860,274, 2001년 6월 14일 출원된 미국특허출원번호 09/881,610 및 2001년 6월 26일 출원된 미국특허출원번호 09/892,379에 개시되어 있으며, 이들 모두 본 발명의 양수인에게 양도되었으며, 여기서는 참조를 위해 인용된다.

도 3B에 도시된 바와 같이, 송신기 유닛(300b)는 TS MIMO 프로세서(220b)에 연결된 TX 데이터 프로세서(210b)를 포함한다. TX 데이터 프로세서(210b)는 인코더(312), 채널 인터리버(314) 및 심볼 맵핑 엘리먼트(316)를 포함하며, 이들은 상술된 바와 같이 동작한다. TX 데이터 프로세서(210b)는 가중된 변조 심볼들들 제공하기 위해 개별 가중치에 기초하여 각각의 선택된 전송 채널에 대한 변조 심볼들을 가중하는 심볼 가중 엘리먼트(318)를 포함한다. 각각의 선택된 전송 채널에 대한 가중치는 상술된 바와 같이, 그 채널의 수신된 SNR 및 다른 선택된 전송 채널들의 SNR들에 기초하여 결정된다. SNR 임계치 는 언급된 미국특허출원번호 09/860,274, 09/881,610 및 09/892,379에 개시되어 있는 바와 같이 결정된다.

3. 전체-CSI 프로세싱을 가진 MIMO 송신기 유닛

도 3C는 송신기 유닛(300c)의 일 실시예의 블록도이며, 수신기 유닛에 의해 보고된 전체 CSI에 기초하여 데이터를 프로세싱할 수 있다. 송신기 유닛(300c)은 TX MIMO 프로세서(220c)에 연결된 TX 데이터 프로세서(210c)를 포함한다. TX 데이터 프로세서(210c)은 인코더(312), 채널 인터리버(314) 및 심볼 맵핑 엘리먼트(316)을 포함하며, 이들은 상술된 바와 같이 동작한다. TX MIMO 프로세서(200c)는 채널 MIMO 프로세서(322) 및 디멀티플렉서(324)를 포함한다.

채널 MIMO 프로세서(322)는 수신된 변조 심볼들을 다수의 (N_C) 변조 심볼 스트림들로 디멀티플렉싱하며, 각각의 공간 부채널에 대해 하나의 스트림(즉, 고유모드)가 변조 심볼을 전송하기 위해 사용된다. 전체-CSI 프로세싱에 대해, 채널 MIMO 프로세서(322)는 각각의 시간 슬롯에서 N_C 변조 심볼들을 전처리하여 N_T 전처리된 변조 심볼들을 생성하며, 이는 다음과 같다:

여기서, b₁, b₂,... 및 b_Nc는 공간 부채널들 1,2,...,N_C에 대한 변조 심볼들이고, 여기서 각각의 N_C는 예를 들면, M-PSK, M-QAM 또는 몇몇 다른 변조 방식을 사용하여 생성되며;

e_ij는 전송 안테나로부터 수신 안테나로의 전송 특성과 관련된 고유벡터 매트릭스 E 의 엘리먼트이며;

는 전처리된 변조 심볼들이다.

고유벡타 매트릭스 E 는 송신기 유닛에 의해 계산되거나 또는 송신기 유닛(예를 들면, 수신기 유닛에 의해)에 제공된다.

전체-CSI 프로세싱에 대해, 특정 전송 안테나에 대한 각각의 전처리된 변조 심볼 x_i는 N_C 공간 부채널들로 (가중된) 변조 심볼들의 선형 조합을 표현한다. 각각의 변조 심볼들에 대해 사용된 변조 방식은 그 고유모드의 유효 SNR에 기초하여 선택되고 고유값 λ₁에 비례한다(이하에서 설명). 각각의 전처리된 변조 심볼을 생성하는데 사용된 각각의 N_C 변조 심볼은 다른 신호 형태와 관련된다. 각각의 타임 슬롯에 대해, 채널 MIMO 프로세서(322)에 의해 생성된 N_T 전처리된 변조 심볼은 디멀티플렉서(324)에 의해 디멀티플렉싱되어 N_T 변조기(222)에 제공된다.

전체-CSI 프로세싱은 가용 CSI에 기초하여 전송 안테나 모두 또는 서브세트에 대해 수행된다. 전체-CSI 프로세싱은 선택적으로 및/또는 동적으로 인에이블링 및 디스에이블링된다. 예를 들어, 전체-CSI는 특정 데이터 전송에 대해 인에이블링되고 몇몇 다른 데이터 전송에 대해 디스에이블링된다. 전체-CSI 프로세싱은 예를 들면, 통신 링크가 적정 SNR을 가질 때와 같은 특정 상태하에서 인에이블링된다.

4. 독립 프로세싱을 가진 MIMO 송신기 유닛

도 3D는 송신기 유닛(300d)의 일 실시예의 블록도이고, 이는 그룹에 대해 선택된 특정 코딩 및 변조 방식에 기초하여 전송 채널들의 각각의 그룹에 대해 데이터를 독립적으로 코딩 및 변조할 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 그룹은 하나의 전송 안테나에 해당하며, 각각의 그룹내 전송 채널들은 전송 안테나에 대한 주파수 부채널에 해당한다. 다른 실시예에서, 각각의 그룹은 데이터 전송이 지시되는 개별 수신기 유닛에 해당한다. 일반적으로, 각각의 그룹은 공통 코딩 및 변조 방식으로 데이터가 코딩 및 변조되는 임의 수의 전송 채널들을 포함한다.

송신기 유닛(300d)은 TX MIMO 프로세서(220d)에 연결된 TS 데이터 프로세서(210d)를 포함한다. TX 데이터 프로세서(210d)는 다수의 부채널 데이터 프로세서(310a-310t)를 포함하며, 각각의 전송 채널들의 그룹에 대한 하나의 데이터 프로세서가 독립적으로 코딩 및 변조된다. 도 3D에 도시된 실시예에서, 각각의 데이터 프로세서(310)는 인코더(312), 채널 인터리버(314) 및 심볼 맵핑 엘리먼트(316)를 포함하며, 이들은 상술된 바와 같이 동작한다.

도 3D에 도시된 실시예에서, 각각의 데이터 프로세서(310)로부터의 변조 심볼들이 TX MIMO 프로세서(200d)내 개별 결합기(326)에 제공된다. 만일 각각의 그룹이 특정 전송 안테나에 대해 선택된 주파수 부채널을 포함한다면, 결합기(326)는 선택된 주파수 부채널들에 대한 변조 심볼들을 결합하여 각각의 타임 슬롯에 대한 변조 심볼 벡터를 형성하고, 이는 다음으로 개별 변조기(222)에 제공된다. 변조 신호를 생성하기 위한 각각의 변조기(222)의 프로세싱은 이하에서 설명된다. 몇몇 다른 실시예에서, TX MIMO 프로세서(220d)는 변조 심볼을 자신들의 적정 변조기(222)에 결합하고 및/또는 변조 신호를 디멀티플렉싱하는 데 사용된 결합기 및/또는 디멀티플렉서를 포함한다.

5. OFDM을 가진 MIMO 송신기

도 3E는 송신기 유닛(300e)의 일 실시예의 블록도이고, 이는 OFDM을 사용하며 각각의 주파수 부채널에 대해 데이터를 독립적으로 프로세싱할 수 있다. TX 데이터 프로세서(210e)내에서, 데이터 전송에 사용된 각각의 주파수 부채널에 대한 정보 비트들의 스트림은 개별 주파수 부채널 데이터 프로세서(330)에 제공된다. 각각의 데이터 프로세서(330)는 OFDM 시스템의 개별 주파수 부채널에 대해 데이터를 프로세싱하고, TX 데이터 프로세서(210a, 210b, 또는 210d) 또는 몇몇 다른 설계와 유사하게 구현된다. 일 실시예에서, 데이터 프로세서(330)는 다수의 데이터 서브스트림으로 주파수 부채널 데이터 스트림을 디멀티플렉싱하고, 각각의 공간 부채널에 대해 하나의 데이터 서브스트림이 주파수 부채널에 대한 사용에 선택된다. 각각의 데이터 스트림은 인코딩되고, 인터리빙되며, 심볼 맵핑되어 데이터 스트림에 대해 변조 심볼들을 생성한다. 각각의 주파수 부채널 데이터 스트림 또는 각각의 데이터 서브스트림에 대한 코딩 및 변조는 코딩 및 변조 제어 신호들에 기초하여 조정된다. 각각의 서브 프로세서(330)는 주파수 부채널에 사용하기 위해 선택된 N_C 공간 부채널에 대한 N_C 변조 심볼 스트림을 제공한다.

OFDM을 사용하는 MIMO 시스템에 대해, 변조 심볼들은 다중 주파수 부채널들로 다중 전송 안테나로부터 전송된다. TX MIMO 프로세서(220e)내에서, 각각의 데이터 프로세서(330)로부터 N_C 변조 심볼 스트림들이 개별 공간 프로세서(332)에 제공되고, 이는 채널 제어 및/또는 가용 CSI에 기초하여 수신된 변조 심볼들을 프로세싱한다. 각각의 공간 프로세서(332)는 만일 전체-CSI 프로세싱이 수행되지 않았다면 디멀티플렉서(도 3A에 도시된 것과 같은)로 간단히 구현되거나 또는 전체-CSI 프로세싱이 수행된다면 디멀티플렉서(도 3C에 도시된 것과 같은)가 후속하는 MIMO 프로세서로서 구현된다. OFDM을 사용하는 MIMO에 대해, 전체-CSI 프로세싱(즉, 전처리)가 각각의 주파수 채널에 대해 수행된다.

각각의 공간 프로세서(332)는 각각의 타임 슬롯에 대해 N_C 변조 심볼들을 그 주파수 부채널에 사용하기 위해 선택된 전송 안테나들에 대해 N_T 변조 심볼들로 디멀티플렉싱한다. 각각의 전송 안테나에 대해, 결합기(334)는 전송 안테나에 사용하기 위해 선택된 N_F 주파수 부채널들에 대한 변조 심볼들을 수신하여, 각각의 타임 슬롯에 대한 심볼들을 변조 심볼 벡터 V로 결합하며, 변조 심볼 벡터를 개별 변조기(222)에 제공한다.

TX MIMO 프로세서(220e)는 변조 심볼을 수신하고 처리하여 N_T 변조 심볼 벡터들(V₁ 내지 V_Nt)을 제공하며, 각각의 전송 채널에 대해 하나의 변조 심볼 벡터가 데이터 전송에 사용하기 위해 선택된다. 각각의 변조 심볼 벡터 V는 단일 타임 슬롯을 커버링하며, 변조 심볼 벡터 V에 대한 각각의 엘리먼트는 변조 심볼이 전달되는 고유 서브캐리어를 가진 특정 주파수 부채널과 관련된다.

도 3E는 OFDM에 대한 변조기(222)의 일 실시예를 도시한다. TX 채널 프로세서(220e)로부터 변조 심볼 벡터들(V₁ 내지 V_Nt)은 변조기(222a 내지 222t)에 각각 제공된다. 도 3E에 도시된 실시예에서, 각각의 변조기(222)는 역 고속 푸우리에 변환(IFFT)(340), 주기적 프리픽스 생성기(342) 및 업컨버터(344)를 포함한다.

IFFT(340)는 IFFT를 사용하여 각각의 수신된 변조 심볼 벡터를 자신의 타임-도메인 표현(OFDM 심볼이라 불림)으로 변환한다. IFFT(340)는 임의 수의 주파수 부채널들(예, 8, 16, 32,..., N_F)로 IFFT를 수행하도록 설계될 수 있다. 일 실시예에서, OFDM 심볼로 변화된 각각의 변조 심볼 벡터에 대해, 주기적 프리픽스 생성기(342)가 OFDM 심볼의 타임-도메인 표현의 일부를 반복하여 특정 전송 안테나에 대해 "전송 심볼"을 형성한다. 주기적 프리픽스는 전송 심볼이 다중경로 지연 확산이 존재할 때 자신의 직교 특성을 유지하도록 하며, 이에 따라 유해한 경로 효과들에 대한 성능을 개선한다. IFFT(340) 및 주기적 프리픽스 생성기(342)의 구현은 당업자에게 공지되어 있고 여기서는 상세히 설명되지 않는다.

각각의 주기적 프리픽스 생성기(342)로부터의 타임-도메인 표현(즉, 각각의 안테나에 대한 전송 심볼들)은 업컨버터(344)에 의해 처리(예, 아날로그 신호,로 변환, 변조, 증폭 및 필터링)되어 변조 신호를 생성하고, 이는 개별 안테나(224)로부터 전송된다.

OFDM을 사용하는 예시적인 MIMO 시스템은 2000년 3월 30일 "다중-캐리어 변조를 사용하는 고효율, 고성능 통신 시스템"이라는 명칭의 미국특허출원번호 09/532,492에 개시되어 있고, 이는 본 발명의 양도인에게 양도되었으며 여기서는 참조를 위해 인용된다. OFDM 변조는 1990년 5월 출간된 IEEE 통신 잡지의 존 에이. 씨. 빈햄의 "데이터 전송을 위한 멀티캐리어 변조: 누구의 시간이 올것인가에 대한 생각"이라는 명칭의 논문에 개시되어 있으며 여기서는 참조를 위해 인용된다.

도 3A-3E는 개선된 성능(예, 높은 처리량)을 제공하기 위해 전체 또는 부분 CSI를 사용하는 몇몇 예시저인 코딩 및 변조 방식을 도시한다. 이들 코딩 및 변조 방식중 몇몇은 각각 2001년 3월 23일 및 2001년 9월 18일 "무선 통신 시스템내 채널 상태 정보를 사용하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭의 미국특허출원번호 09/826,481 및 09/956,449와 2001년 5월 11일 "채널 상태 정보를 사용하는 다중-입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템내 데이터 처리용 방법 및 장치"라는 명칭의 미국특허출원번호 09/854,235에 상세히 개시되어 있다. 몇몇 다른 예시적인 코딩 및 변조 방식은 2001년 2월 1일 "무선 통신 시스템용 코딩 방식"이라는 명칭으로 출원된 미극특허출원번호 09/776,075에 개시되어 있다. 이들 특허출원은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 여기서는 참조를 위해 인용된다. 몇몇 다른 코딩 및 변조 방식이 사용될 수 있으며, 이들은 본 발명의 범위내이다.

6. 운용 방식

가용 CSI에 기초하여 여기서 설명된 적응성 송신기 프로세싱 기술을 사용하는 MIMO 및/또는 OFDM 시스템에 여러 운용 방식이 사용된다. 이들중 몇몇 운용 방식이 이하에서 설명된다.

일 운용 방식으로, 각각의 전송 채널에 대한 코딩 및 변조 방식이 채널의 가용 CSI(예, SNR)에 의해 지시된 바와 같이, 채널의 전송 능력에 기초하여 선택된다. 이러한 방식은 특히 이하에서 설명될 연속 삭제 수신기 프로세싱 기술과 조합하여 사용될 때 개선된 성능을 제공할 수 있다. 최악 및 최상 전송 채널 사이의 큰 디스패리티가 있을 때, 코딩은 수신기 유닛이 최초 데이터 스트림을 복원하도록 하기에 충분한 리던던시를 제공할 수 있도록 선택된다. 예를 들어, 최악 전송 채널은 수신기 출력에서 불량 SNR과 관련된다. 순방향 에러 수정(FEC) 코드는 최악 전송 채널로 전송된 심볼들이 수신기 유닛에서 정확하게 수신되도록 하기에 충분한 전력을 가지도록 선택된다.

송신기가 복원된 전송 신호당 SNR을 가질 때, 다른 코딩 및/또는 변조 방식이 각각의 전송 신호에 대해 사용된다. 예를 들어, 특정 코딩 및 변조 방식은 전송 신호들과 관련된 에러 레이트들이 대략적으로 동일하게 되도록 자신의 SNR에 기초하여 각각의 전송 신호에 대해 선택된다. 이러한 방법으로, 전송 신호들에 대한 처리량은 자신들의 개별 SNR에 의해 전용되지만 최악 전송 신호의 SNR에 의해서는 전용되지 않는다.

다른 운용 방식에서, 송신기는 각각의 전송 채널에 대해 CSI가 제공되지 않지만 모든 전송 채널들에 대해 평균 특징들(예, 평균 SNR)을 지시하는 단일 값을 가지거나 또는 가능하게는 몇몇 정보가 어떠한 전송 안테나가 데이터 전송에 사용되는지를 지시한다. 이러한 방식에서, 송신기는 데이터 전송에 사용된 모든 전송 안테나에서 동일한 코딩 및 변조 방식을 사용하며, 이는 N_T 가용 전송 안테나들의 서브세트이다.

만일 동일한 코딩 및 변조 방식은 모든 또는 다수의 전송 신호들에 대해 사용된다면, 최악 SNR을 가진 복원된 전송 신호가 최고 디코딩된 에러 레이트를 가질 것이다. 이는 최종적으로 코딩 및 변조 방식이 최악 전송 신호와 관련된 에러 레이트가 전체 에러 레이트 요구상태들과 관련되도록 선택되기 때문에, MIMO 시스템의 성능을 제한한다. 효율을 개선하기 위해, 추가의 수신 안테나들이 복원된 전송 신호들에 대해 개선된 에러 레이트를 제공하는데 사용된다. 전송 안테나들보다 더 많은 수신 안테나들을 사용함으로써, 제 1 복원된 전송 신호의 에러 레이트 성능은 (N_R-N_T+1)의 다이버시티 차수를 가지며 신뢰성이 증가된다.

다른 운용 방식에서, 전송 데이터 방식은 모든 가용 전송 안테나들에 대해 "사이클링"된다. 이러한 방식은 전송 데이터가 최악 전송 채널이 될 수 없지만 대신에 모든 전송 채널이 될 수 있기 때문에 복원된 전송 신호들 각각에 대해 SNR 통계치를 개선한다. 특정 데이터 스트림과 관련된 디코더는 모든 전송-수신 안테나 쌍에 대해 평균을 나타내는 "소프트 디시젼(soft decision)"을 효율적으로 가진다. 이러한 운용 방식은 "송신기 및 수신기에서 다중-엘리먼트 안테나들을 사용하는 공간-시간 아키텍처를 가진 무선 통신 시스템"이라는 명칭의 유럽특허출원번호 99302692.1에 상세히 개시되어 있으며, 여기서는 참조를 위해 인용된다.

7. 전송 안테나

기지국에서 전송 안테나들 세트는 "개구들"의 물리적으로 이산적인 세트이며, 이들 각각의 개별 데이터 스트림을 직접 전송하는데 사용된다. 각각의 개구는 공간에 분포된(예, 단일 사이트에 물리적으로 위치하거나 다수 사이트들에 대해 분포된) 하나 이상의 안테나 엘리먼트들의 집합체(collection)에 의해 형성된다. 선택적으로, 안테나 개구는 하나 이상의 (고정) 빔-형성 매트릭스에 의해 선행되고, 각각의 매트릭스는 개구 세트로부터 안테나 세트들의 다른 세트를 합성하는데 사용된다. 이 경우, 전송 안테나들에 대한 상기 설명은 변형된 안테나 빔들과 유사하게 적용된다.

다수의 고정 빔-형성 매트릭스는 미리 정의되고, 단말들은 가능한 매트릭스(또는 안테나 빔들의 세트들)들 각각에 대해 후처리 SNR들을 평가하고 SNR 벡터들을 다시 기지국으로 전송한다. 다른 성능(즉, 후처리된 SNR들)은 전형적으로 변형된 안테나 빔들의 다른 세트들에 대해 달성되고, 이는 보고된 SNR 벡터들에 반영된다. 다음으로 기지국은 이들 가능한 빔-형성 매트릭스들에 대해 스케줄링 및 안테나 할당을 수행하며, 가용 자원들의 최상의 사용을 달성하는 단말들 및 자신들의 할당들의 세트뿐만 아니라 특정 빔-형성 매트릭스를 선택한다.

빔-형성 매트릭스의 사용은 단말을 스케줄링하는데 추가의 융통성을 제공하고, 개선된 성능을 제공한다. 예로서, 이하의 상황들은 빔-형성 변형들에 적합하다:

●최상의 성능이 적은 수의 데이터 스트림들에 대해 달성되도록 MIMO 채널내 삭제가 높다. 하지만, 가용 전송 안테나들의 서브세트만을 사용한 전송( 및 이드의 관련 전송 증폭기들만을 사용)은 더 적은 수의 전체 전송 전력을 초래한다. 변형은 전송될 데이터 스트림에 대해 대부분 또는 모든 전송 안테나들( 및 이들의 증폭기들)을 사용하도록 선택된다. 이 경우, 높은 전송 전력이 전송된 데이터 스트림들에 대해 달성된다.

물리적으로 분산된 단말들은 자신들의 위치에서 약간 분리된다. 이 경우, 단말들은 다른 방위로 위치하는 빔들의 세트로 수평으로 이격하는 개구들의 표준 FFT-형 변형에 의해 서비스된다.

Ⅲ. 수신기 유닛

본 발명의 특징은 전송된 데이터를 복원하기 위해 MIMO 시스템내 수신 신호를 처리하며, MIMO 채널의 특성들을 평가하기 위한 기술을 제공한다. 평가된 채널 특성을 지시하는 CSI는 송신기 유닛에 다시 보고되고 신호 처리(예, 코딩, 변조 등)를 조정하는데 사용된다. 이러한 방법으로, 고성능이 결정된 채널 상태에 기초하여 달성된다.

만일 수신 안테나의 수가 전송 안테나들의 수보다 크거나 같다면(즉, N_R≥N_T), 여러 수신기 프로세싱 기술이 단일-사용자 및 다중-사용자 MIMO 모드에 대해 사용될 수 있다. 이들 수신기 프로세싱 기술은 두 개의 주 카테고리로 그룹화된다:

● 공간 및 공간-시간 수신기 프로세싱 기술(등화 기술이라고도 불림), 및

●"연속 널링/등화 및 간섭 삭제" 수신기 프로세싱 기술(또는 간단히, "연속 삭제" 수신기 프로세싱 기술).

일반적으로, 공간 및 공간-시간 수신기 프로세싱 기술들은 수신기 유닛에서 전송 신호를 분리추출하기 위한 것이고, 각각의 분리된 전송 신호는 신호내에 포함된 데이터를 복원하기 위해 프로세싱된다. 연속 삭제 수신기 프로세싱 기술은 이후 복원된 신호들이 더 적은 간섭 및 높은 SNR을 가지도록 전송 신호들을 한번에 하나씩 복원하고, 각각의 복원된 신호에 의한 간섭을 삭제한다. 연속 삭제 수신기 프로세싱 기술은 일반적으로 공간/공간-시간 수신기 프로세싱 기술보다 성능이 우수하다(즉, 더 많은 처리량을 가진다).

연속 삭제 수신기 프로세싱 기술의 사용은 특정 상황에 한정되지 않는다. 특히, 간섭 삭제는 복원된 신호로 인한 간섭이 정확하게 평가될 수 있기만 하다면 효율적이고, 이는 복원된 신호의 무에러 검출(즉, 복조 및 디코딩)을 필요로 한다.

다운링크에서, 만일 단일-사용자 MIMO 모드가 사용되고 단말이 다수의 수신 안테나들을 가진다면, 연속 삭제 수신기 프로세싱 기술이 사용된다. 만일 다중-사용자 MIMO 모드가 사용된다면, MIMO-가능 단말이 공간/공간-시간 수신기 프로세싱 기술(즉, 어떠한 연속 삭제 없이)을 사용한다. 이는 (이들 전송 신호를 위해 선택된 코딩 및 변조 방식이 다른 단말의 후처리 SNR에 기초하므로) MIMO 가능 단말이 다른 단말을 위한 전송 신호를 복원할 수 없기 때문이고, 이에 따라 이러한 전송 신호로부터의 간섭을 삭제할 수 있다.

다운링크를 위한 하나의 간략화는 모든 단말들이 다중-사용자 MIMO 모드가 사용될 때 공간/공간-시간 수신기 프로세싱 기술을 사용하도록 하는 것이다. 각각의 전송 신호에 대해 단말들에서 유도된 후처리 SNR은 기지국으로 보고되고, 이는 다시 데이터 전송을 위해 가장 최적으로 단말들을 스케줄링하기 위해 정보를 사용하여 전송 안테나가 단말들을 할당하여, 데이터를 적절하게 코딩하고 변조한다.

업링크에서, 기지국에서 단일 수신기 유닛은 하나 이상의 단말들로부터 전송된 신호를 복원하며, 연속 삭제 수신기 프로세싱 기술은 단일-시용자 및 다중-사용자 MIMO 모드들에 사용된다. 단일-사용자 MIMO 모드에서, 기지국 수신기 유닛은 각각의 전송 신호에 대해 후처리된 SNR을 유도하고, 이러한 정보는 스케줄링과 코딩 및 변조에 사용된다. 다중-사용자 MIMO 모드에서, 기지국 수신기 유닛은 활성 단말(즉, 데이터 전송을 원하는 단말들)들에 대해 후처리 SNR들을 유도하고, 이러한 정보를 각각의 전송 안테나에 사용하기 위해 데이터 전송을 위한 최상의 단말 세트뿐만 아니라 코딩 및 변조 방식을 선택하는데 사용된다.

다른 수신기 프로세싱 기술은 MIMO 채널의 특성에 따라 사용되고, 이는 비분산 또는 분산형일 수 있다. 비분산형 MIMO 채널은 플랫 페이딩(flat fading)(즉, 시스템 대역폭에 대해 대략적으로 동일한 양의 감쇄)을 겪는 반면, 분산형 MIMO 채널은 주파수-선택 페이딩(예, 시스템 대역폭에 대해 다른 양의 감쇄)을 겪는다.

비분산형 MIMO 채널에 대해, 이하에서 모두 상세히 설명될 채널 상관 매트릭스 인버전(CCMI) 기술, 최소 평균 제곱 에러(MMSE) 기술 및 전체-CSI 기술과 같은 선형 공간 프로세싱 기술이 복조 및 디코딩 이전에 수신된 신호들을 프로세싱하는데 사용될 수 있다. 다른 수신기 프로세싱 기술이 사용될 수 있고 이들은 본 발명의 범위내이다. 이들 공간 프로세싱 기술은 원하지 않는 신호들을 널 아웃(null out)하기 위해 또는 다른 신호들로부터 잡음 및 간섭의 존재시 각각의 구성 신호들의 수신된 SNR을 최대화하기 위해 수신기 유닛에서 사용된다. 원하지 않는 신호들을 효율적으로 널링(nulling)하거나 최적화하는 능력은 전송 및 수신 안테나들 사이의 채널 응답을 설명하는 채널 계수 매트릭스 H 내 상관관계에 따른다.

분산형 MIMO 채널에 대해, 채널내 시간 분산은 심볼간 간섭(ISI)을 유도한다. 성능을 개선하기 위해, 특정 전송 데이터 스트림을 복원하기 위한 수신기 유닛이 다른 전송 신호로부터의 "누화" 및 모든 전송 신호들로부터의 심볼간 간섭을 개선할 필요가 있다. 누화 및 심볼간 간섭을 해결하기 위해, 공간 프로세싱(누화는 잘 처리하지만 심볼간 간섭은 효율적으로 다루지 못함)은 공간-시간 프로세싱으로 대체된다.

일 실시예에서, MMSE 선형 등화기(MMSE-LE)는 분산형 채널에 대한 공간-시간 프로세싱을 위해 사용된다. MMSE-LE 기술을 사용하여, 공간-시간 프로세싱은 비분산 채널을 위한 공간 프로세싱과 유사한 형태를 나타낸다. 하지만, 공간 프로세서내 각각의 "필터 탭"은 이하에서 설명될 바와 같이 하나 이상의 탭을 포함한다. MMSE-LE 기술은 채널 추정치(즉, 채널 계수 매트릭스 H )가 정확할 때 공간-시간 프로세싱에서의 사용에 가장 효율적이다.

다른 실시예에서, 결정 피드백 등화기(DFE)가 공간-시간 프로세싱에 사용된다. DFE는 심각한 진폭 왜곡을 가진 채널에 효율적인 비선형 등화기이며 이미 검출된 심볼들로부터 채널 간섭에 대한 결정 피드백을 사용한다. 만일 데이터 스트림이 에러없이(또는 최소한의 에러로) 디코딩될 수 있다면, 디코딩된 데이터 비트들에 해당하는 변조 심볼들에 의한 심볼간 간섭은 효율적으로 삭제된다.

또다른 실시예에서, 최대-유사 시퀀스 추정기(MLSE)는 공간-시간 프로세싱에 사용된다.

DFE 및 MLSE 기술은 채널 추정치가 정확하지 않을 때 성능 저하를 감소 또는 가능하게는 제거한다. DFE 및 MLSE 기술은 1999년 7월 7일 발간된 IEEE Trans. on Communication, Vol.7의 "분산형 간섭을 가진 최적 공간-시간 프로세서들: 통합된 분석 및 요구된 필터 스팬"이라는 논문내 에스.엘.아리야비스타쿨 등에 의해 상세히 개시되어 있다.

도 4A는 RX MIMO/데이터 프로세서(260a)의 일 실시예의 블록도이며, 이는 도 2A 및 도 2B의 기지국(104) 또는 단말(106)의 수신기 부분의 일 실시예이다. N_T 전송 안테나들로부터 전송된 신호들은 각각의 N_T 안테나들(252a-252r)에 의해 수신되며, (프론트-엔드 프로세서로 지칭되는) 개별 복조기(254)로 라우팅된다. 각각의 복조기(254)는 개별 수신 신호를 처리(예, 필터들 및 증폭기들)하며, 처리된 신호를 중간 주파수 또는 기저대역으로 다운컨버팅하며, 데이터 샘플들을 제공하기 위해 다운컨버팅된 신호를 디지털화한다. 각각의 복조기(254)는 수신 변조 심볼들의 스트림을 생성하기 위해 복원된 파일럿으로 데이터 샘플을 복조하며, 이는 공간/공간-시간 프로세서(410)에 제공된다.

만일 OFDM이 데이터 전송에 사용된다면, 각각의 복조기(254)는 도 3E에 도시된 바와 같은 변조기(222)에 의해 수행된 것과 상보적인 프로세싱을 수행한다. 이 경우, 각각의 복조기(254)는 데이터 샘플들의 변형 표현을 생성하는 FFT 프로세서(미도시)를 포함하고 변조 심볼 벡터들의 스트림을 제공한다. 각각의 벡터는 N_T 주파수 부채널에 대한 N_F 변조 심볼들을 포함하며, 하나의 벡터는 각각의 타임 슬롯에 대해 제공된다. 모든 N_R 복조기들의 FFT 프로세서들로부터의 변조 심볼 벡터 스트림들은 다음으로 디멀티플렉서/결합기(도 4A에는 미도시)에 제공되며, 이는 가장먼저 각각의 FFT 프로세서로부터의 변조 심볼 벡터 스트림을 다수의 (N_F에 이르는) 변조 심볼 스트림으로 "채널화"한다. 각각의 주파수 부채널이 독립적으로 처리되는 전송 프로세싱 방식에 대해, 디멀티플렉서/결합기는 개별 공간/공간-시간 프로세서(410)에 각각의 N_F 변조 심볼 스트림들을 제공한다.

OFDM을 사용하는 MIMO 시스템에 대해, 하나의 공간/공간-시간 프로세서(410)는 N_R 수신 안테나들로부터 변조 심볼들에 대한 MIMO 프로세싱을 수행하는 것에 사용된다. OFDM을 사용하는 MIMO 시스템에 대해, 하나의 공간/공간-시간 프로세서(410)는 데이터 전송에 사용된 각각의 N_F 주파수 부채널들에 대해 N_R 수신 안테나들로부터의 변조 심볼에 대해 MIMO 프로세싱을 수행하는데 사용된다. 선택적으로, 하나의 공간/공간-시간 프로세서(410)는 시간-멀티플렉싱된 방식으로 모든 N_F 주파수 부채널에 대해 복조 심볼들을 MIMO 프로세싱을 수행하는데 사용된다.

1. CCMI 기술(공간 프로세싱)

N_T 전송 안테나들 및 N_R 수신 안테나들을 가진 MIMO 시스템에서, N_R 수신 안테나들의 출력에서의 수신 신호들은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서 r 은 수신 심볼 벡터(즉, 수신 안테나들에서 측정된 바와 같이 MIMO 채널로부터의 N_R×1 벡터 출력)이고, H 는 특정 시간에서 N_T 전송 안테나들 및 N_R 수신 안테나들에 대한 채널 응답을 제공하는 N_R×N_T 채널 계수 매트릭스이며, x 는 전송 심볼 벡터(즉, MIMO 채널내 N_T×1 벡터 입력)이며, n 은 잡음 플러스 간섭을 나타내는 N_R×1 벡터이다. 수신 심볼 벡터 r 은 특정 시간 슬롯에서 N_R 수신 안테나들을 통해 수신된 N_R 신호들에 대한 N_R 변조 심볼들을 포함한다. 유사하게, 전송 심볼 벡터 x 는 특정 타임 슬롯에 N_T 전송 안테나들을 통해 전송된 N_T 신호들내 N_T 변조 심볼들을 포함한다.

CCMI 공간 프로세싱 기술에서, 수신기 유닛은 가장먼저 수신된 심볼 벡터 r 에 채널정합 필터링 동작을 수행한다. 필터링된 출력은 다음과 같이 표현된다:

여기서, 첨자 ^"H"는 전치 복소 공액을 나타낸다. 제곱 매트릭스 R 은 자신의 공액-전치 H ^H를 가진 채널 계수 매트릭스 H 의 곱을 나타내는데 사용된다(즉, R = H ^H H ).

채널 계수 매트릭스 H 는 예를 들면, 트래픽 데이터와 함께 전송된 파일럿 데이터로부터 유도된다. "최적" 수신을 수행하기 위해 그리고 전송 채널들의 SNR을 추정하기 위해, 알려진 파일럿 데이터(예, 모두 1인 시퀀스)를 전송 데이터 스트림내에 삽입하고, 파일럿 데이터를 하나 이상의 전송 채널들을 통해 전송하는 것이 편리하다. 파일럿 신호 및/또는 데이터 전송에 기초하여 단일 전송 채널을 추정하기 위한 방법은 당업자에게 공지된 다수의 논문을 통해 알 수 있을 것이다. 이러한 채널 추정 방법중 하나가 1999년 10월 발간된 IEEE Transaction On Communication, "애플리케이션들로 기준-보조 코히어런트 CDMA 통신들의 최적 수신, 성능 경계 및 컷오프-레이트 분석"이라는 에프, 링의 논문에 개시되어 있다. 이러한 또는 다른 채널 추정 기술은 채널 계수 매트릭스 H 를 유도하기 위한 매트릭스 형태로 확장될 수 있다.

전송 심볼 벡터의 추정치 는 정합 필터링된 벡터 을 제곱 매트릭스 R 의 역(또는 의사-역)을 미리 곱함으로써 얻어지고, 다음과 같이 표현된다:

상기 식으로부터, 전송 심볼 벡터 x 는 수신 심볼 벡터 r 을 정합 필터링하고, 다음으로 필터링 결과를 역 제곱 매트릭스 R ^-1과 미리 곱함으로써 복원될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

전송 채널들의 SNR은 다음과 같이 결정된다. 잡음 벡터 n 의 자동상관 매트릭스 이 수신 신호로부터 가장먼저 계산된다. 일반적으로, 은 에르미트 매트릭스 즉, 복소-공액-대칭이다. 만일 채널 잡음의 성분들이 상관되지 않고 추가로 독립적이며 동일하게 분포한다면(iid), 잡음 벡터 n 의 자동상관 매트릭스 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, I 는 단위행렬(즉, 대각선에는 1들이 그렇지 않으면 0들 위치)이고, 는 수신 신호들의 잡음 분산이다. 후처리 잡음 벡터 n '의 자동상관 매트릭스 는 (즉, 정합 필터링 및 매트릭스 R ^-1을 미리 곱한 후) 다음과 같이 표현된다:

수식 (10)으로부터, 후처리된 잡음 n '의 i번째 엘리먼트의 잡음 분산 은 와 동일하고, 여기서, 은 R ^-1의 i번째 대각선 엘리먼트이다. OFDM을 사용하지 않는 MIMO 시스템에 대해, i번째 엘리먼트는 i번째 수신 안테나를 나타낸다. 만일 OFDM이 사용된다면, 첨자 "i"는 첨자 "jk"로 분해될 수 있고, 여기서 "j"는 j-번째 공간 부채널을 "k"는 k번째 주파수 부채널을 나타낸다.

CCMI 기술에 대해, 프로세싱 이후 수신 심볼 벡터의 i번째 엘리먼트(즉, 이 i번째 엘리먼트)의 SNR은 다음과 같이 표현된다:

만일 i번째 전송 심볼의 분산 이 평균 일(1.0)과 동일하다면, 수신 심볼 벡터의 SNR은 다음과 같이 표현된다:

잡음 분산은 수신 심볼 벡터의 i번째 엘리먼트를 으로 스케일링함으로써 정규화된다.

만일 다중 전송 안테나들을 통해 변조 심볼 스트림이 복사된다면, 이들 변조 심볼들은 함께 합산되어 결합된 변조 심볼들을 형성한다. 예를 들어, 만일 모든 안테나들로부터 데이터 스트림이 전송된다면, 모든 N_T 전송 안테나들에 해당하는 변조 심볼들은 합산되고, 결합된 변조 심볼은 다음과 같이 표현된다:

선택적으로, 송신기 유닛은 몇몇 또는 모든 전송 안테나들에서와 동일한 코딩 및 변조 방식을 사용하여 다수의 전송 채널들로 하나 이상의 데이터 스트림을 전송하도록 동작한다. 이 경우, 오로지 하나의 SNR(예, 평균 SNR)만이 공통 코딩 및 변조 방식이 적용되는 모든 전송 채널들에 필요하다. 예를 들어, 만일 동일한 코딩 및 변조 방식이 모든 전송 안테나들에 적용된다면(예, 선택적인 채널 인버전을 사용), 결합된 변조 심볼의 SNR인 SNR_total이 유도될 수 있다. 이러한 SNR_total은 N_R 수신 안테나들로부터 신호들의 SNR들의 합과 같은 최대 결합된 SNR을 가질 것이다. 결합된 SNR은 다음과 같다:

도 4B는 공간/공간-시간 프로세서(410b)의 일 실시예의 블록도이고, 이는 CCMI 기술을 구현할 수 있다. 공간/공간-시간 프로세서(410b)내에서, N_R 수신 안테나들로부터의 수신된 변조 심볼 벡터 r 의 스트림은 정합 필터(412)에 제공되며 필터링되고, 이는 수식 (7))에 표현된 바와 같이 각각의 벡터 r 에 공액-전치 채널 계수 매트릭스 H ^H를 미리 곱한다. 필터링된 벡터는 수식 (8)에서와 같이 추가로 곱셈기(414)에 의해 역 제곱 매트릭스 R ^-1을 미리 곱하여 전송된 변조 심볼 벡터 x 의 추정치 를 형성한다.

추정된 변조 심볼 은 채널 계수 매트릭스 H 를 (공지된 바와 같이, 통상적인 파일럿-보조 단일 및 다중-캐리어 시스템들과 유사한 파일럿 신호들에 기초하여) 추정하는 채널 추정기(418)에 제공된다. 일반적으로, 채널 계수 매트릭스 H 는 파일럿 데이터 또는 트래픽 데이터 혹은 이들 둘에 해당하는 변조 심볼들에 기초하여 추정된다. 채널 계수 매트릭스 H는 상술된 바와 같이, 에 따라 제곱 매트릭스를 유도하는 매트릭스 프로세서(420)에 제공된다.

추정된 변조 심볼들 및/또는 결합된 변조 심볼들 은 CSI 프로세서(448)에 제공되고, 이는 전송 채널들에 대한 전체 또는 부분 CSI를 결정한다. 예를 들어, CSI 프로세서(448)는 수신된 파일럿 신호에 기초하여 i번째 전송 채널의 잡음 공분산 매트릭스 를 추정하고 SNR을 계산한다. 전송 채널들에 대한 SNR은 전송기 유닛으로 다시 보고되는 부분 CSI를 포함한다.

특정 전송 프로세싱 방식에 대해, 데이터 스트림의 전송에 사용된 모든 또는 다수의 안테나로부터의 심볼 스트림들은 결합기(416)에 제공되며, 이는 시간, 공간 및 주파수에 대해 리던던트 정보를 결합한다. 결합된 변조 정보 는 RX 데이터 프로세서(480)에 제공된다. 몇몇 다른 통신 모드에 대해, 추정된 변조 심볼 는 RX 데이터 프로세서(480)에 직접 제공된다(도 4B에는 미도시).

따라서, 공간/공간-시간 프로세서(410)는 하나 이상의 전송 데이터 스트림에 해당하는 하나 이상의 독립 심볼 스트림을 생성한다. 각각의 심볼 스트림은 후처리 변조 심볼을 포함하고, 이는 송신기 유닛에서 전체/부분-CSI 프로세싱 이전에 변조 심볼들의 추정치에 해당한다. (후처리된) 심볼 스트림은 TX 데이터 프로세서(480)에 제공된다.

도 4A는 RX 데이터 프로세서(480)의 일 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 선택기(482)는 공간/공간-시간 프로세서(410)로부터 하나의 심볼 스트림을 수신하고 복원될 원하는 데이터 스트림에 해당하는 변조 심볼들을 추출한다. 선택적인 실시예에서, RX 데이터 프로세서(480)는 원하는 데이터 스트림에 해당하는 변조 심볼을 구비하며 변조 심볼 추출은 공간/공간-시간 프로세서(410)내 결합기(416)에 의해 수행된다. 어떠한 경우라도, 추출된 변조 심볼들의 스트림이 복조 엘리먼트(484)에 제공된다.

각각의 전송 채널에 대한 데이터 스트림이 독립적으로 코딩되고 변조되는 실시예에 대해(예, 채널의 SNR에 기초하여), 선택된 전송 채널에 대한 복원된 변조 심볼들은 전송 채널에 사용된 변조 방식에 상보적인 복조 방수식 (예, M-PSK, M-QAM)에 따라 복조된다. 복조 엘리먼트(484)로부터의 복조 데이터는 송신기 유닛에서 수행된 것과 상보적인 방식으로 디-인터리버(486)에 의해 디-인터리빙되고, 디-인터리빙된 데이터는 송신기 유닛에서 수행된 것과 상보적인 방식으로 디코더(488)에 의해 디코딩된다. 예를 들면, 터보 디코더 또는 비터비 디코더는 터보 또는 컨볼류셔널 코딩이 각각 송신기 유닛에서 수행된다면 디코더(488)에 사용된다. 디코더(488)로부터 디코딩된 데이터 스트림은 복원될 전송 데이터 스트림의 추정치를 나타낸다.

2. MMSE 기술(공간 프로세싱)

MMSE 기술을 위해, 수신기 유닛은 매트릭스 M 으로 수신된 심볼 벡터 r 의 미리-곱셈을 수행하여 전송된 심볼 벡터 x 의 초기 MMSE 추정치 를 유도하고, 이는 다음과 같다:

매트릭스 M 은 초기 MMSE 추정치 와 전송된 심볼 벡터 x 사이의 에러 벡터 e 의 평균 제곱 에러(즉, )가 최소화되도록 선택된다. 매트릭스 M 은 다음과 같이 표현된다:

수식 (14) 및 식(15)에 기초하여, 전송된 심볼 벡터 x 의 초기 MMSE 추정치 는 다음과 같이 결정될 수 있다:

x 의 바이어싱되지 않은 최소 평균 제곱 에러 추정치 는 대각 매트릭스 의 초기 추정치 를 미리-곱함으로써 얻어질 수 있고, 이는 다음과 같다:

여기서,

그리고, v_ij는 다음과 같이 표현되는 매트릭스 V 의 대각 엘리먼트들이다:

프로세싱이후 수신된 심볼 벡터 SNR(즉, 의 i번째 엘리먼트)는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, u_ij는 에러 벡터 의 i번째 엘리먼트의 분산이고, 이는 로 표현되며, 매트릭스 U 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

만일, i번째 전송된 심볼 x_i의 분산 이 평균 일(1.0)과 같다면, 수식 (19)로부터 이고, 수신된 심볼 벡터에 대한 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

추정된 변조 심볼들 는 결합되어 결합된 변조 심볼들 을 생성하고, 이는 위에서 CCMI 기술에 대해 설명된 것과 같다.

도 4C는 공간/공간-시간 프로세서(410c)의 일 실시예를 도시하고, 이는 MMSE 기술을 구현할 수 있다. CCMI 기술과 유사하게, 매트릭스 H 및 은 수신된 파일럿 신호들 및/또는 데이터 전송에 기초하여 추정된다. 가중 계수 매트릭스 M 은 수식 (15)에 따라 계산된다.

공간/공간-시간 프로세서(410c)내에서, N_R 수신 안테나들로부터 수신된 변조 심볼 벡터 r 의 스트림은 매트릭스 M 내 곱셈기(422)에 의해 미리-곱해져 전송된 심볼 벡터 x 의 초기 추정치 를 형성하고, 이는 위의 수식 (16)에서와 같다. 초기 추정치 는 곱셈기(422)에 의해 대각 매트릭스 와 미리-곱해져 전송된 심볼 벡터 x 의 바이어싱되지 않는 추정치 를 형성하고, 이는 수식 (17)에서와 같다.

다시, 특정 전송 프로세싱 방식에 대해, 데이터 스트림를 전송하는데 사용된 다수의 전송 안테나에 해당하는 추정된 변조 심볼들 의 다수의 스트림이 결합기(426)에 제공되고, 이러한 결합기는 시간, 공간 및 주파수에 대해 리던던트 정보를 결합한다. 다음으로, 결합된 변조 심볼들은 RX 데이터 프로세서(480)에 제공된다. 그리고, 일부 다른 전송 처리 방식들에서는, 추정된 변조 심볼들이 RX 데이터 프로세서(480)에 직접 제공될 수 있다. RX 데이터 프로세서(480)는, 위에서 설명된 바와 같이, 복원되는 데이터 스트림에 상응하는 변조 심볼 스트림을 복조, 디-인터리빙, 및 디코딩한다.

추정된 변조 심볼들 및/또는 결합된 변조 심볼들은 CSI 프로세서(448)에도 제공되고, 상기 CSI 프로세서(448)는 전송 채널들에 대한 전체 또는 부분 CSI를 결정한다. 일예로, CSI 프로세서(448)는 수식(18) 내지 수식(20)에 따라 i번째 전송 신호의 SNR을 추정할 수 있다. 상기 전송 신호에 대한 SNR들은 송신기 유닛에 다시 보고되는 부분 CSI를 포함한다.

상기 추정된 변조 심볼들은 적응 프로세서(428)에 또한 제공되고, 상기 적응 프로세서(428)는 수식(15) 및 (17)에 기반하여 매트릭스 및 대각선 매트릭스 를 각각 유도한다.

3. MMSE-LE 기술(공간-시간 처리)

시간-분산 채널을 통해 수신되는 신호들을 처리하기 위해서 다수의 공간-시간(space-time) 처리 기술들이 사용될 수 있다. 이러한 기술들은, 비-분산 채널에 대해서 위에서 설명된 공간 처리 기술들과 연계해서, MMSE-LE, MLSE, 및 어쩌면 다른 기술들과 같은 시간 도메인 채널 등화 기술들의 사용을 포함한다. 공간-시간 처리는 N_R 입력 신호들에 대하여 RX MIMO/데이터 프로세서(260) 내에서 수행된다.

시간 분산의 경우에, 채널 계수 매트릭스 는 지연 디멘션에서 이루어지고, 매트릭스 의 각각의 엘리먼트는 계수 대신에 선형 전달 함수로서 작용한다. 이러한 경우에, 채널 계수 매트릭스 는 채널 전달 함수 매트릭스 의 형태로 기록될 수 있고, 상기 채널 전달 함수 매트릭스는 수식(21)과 같이 표현될 수 있다:

여기서 는 j번째 전송 안테나로부터 i번째 안테나까지의 선형 전달 함수이다. 상기 선형 전달 함수의 결과, 수신 신호 벡터는 전송 신호 벡터와 채널 전달 함수 매트릭스의 컨볼루션이고, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

(도 4A에서 복조기(254)에 의해 수행되는) 복조 기능의 일부로서, 수신 신호들은 수신 샘플들을 제공하기 위해서 샘플링된다. 범용성의 손실이 없이, 시간-분산적인 채널 및 수신 신호들은 다음의 설명에서 이산-시간 표현으로 나타낼 수 있다. 먼저, 지연 k에서 j번째 전송 안테나와 연관된 채널 전달 함수 벡터 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,는 j번째 전송 안테나와 i번째 수신 안테나 사이의 경로와 연관된 채널 전달 함수의 k번째 가중치이고, L은 채널 시간 분산의 최대 범위(샘플 간격들에서)이다. 다음으로, 지연 k에서 N_R ×N_T 채널 전달 함수 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다:

샘플 시간 n에서 수신 신호 벡터 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,는 샘플링된 채널 매트릭스 전달 함수 를 나타내는 N_R ×(L+1)N_T 블록-구조 매트릭스이고, 다음과 같이 표현될 수 있고:

은 L+1 샘플 간격들 동안에 포착된 수신 샘플들의 L+1 벡터들 시퀀스이며, 각각 벡터는 N_R 수신 안테나에 대한 N_R 샘플들을 포함하며, 다음과 같이 표현될 수 있다:

시간 n에서 전송 심볼 벡터의 초기 추정치 는 2K+1, N_R ×N_T 가중치 매트릭스 와 수신 신호 벡터 의 컨볼루션을 수행함으로써 다음과 같이 유도될 수 있고:

여기서, 이고, K는 등화기 필터의 지연-정도를 결정하는 파라미터이며, 다음과 같다:

가중치 매트릭스의 시퀀스 는 제곱-평균 에러를 최소화하도록 선택된다.

다음으로, MMSE 솔루션은 선형 제약사항들을 충족시키는 가중치 매트릭스의 시퀀스 로서 설명될 수 있다:

여기서, 는 N_R ×N_T 공간-시간 상관 매트릭스들의 시퀀스이고, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, 는 잡음 자기상관 함수이고, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

백색(일시적으로 비상관되는) 잡음에 대해서, 이고, 여기서 는 이 경우에는 단순히 공간 상관 매트릭스를 나타낸다. 각각의 수신 안테나에서 동일한 전력을 갖는 공간적으로 및 시간적으로 비상관된 잡음에 대해서, 이다.

수식(27)은 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서, 은 에 의해 주어지는 경우 블록 j,k를 갖는 블록-테플리츠(block-Toeplitz)이고, 다음과 같으며:

여기서, 는 제로들의 m ×n 매트릭스이다.

시간 n에서 전송 신호의 바이어싱되지 않은 MMSE-LE 추정치 는 다음과 같이 표현될 수 있다:

여기서,

여기서, 는 매트릭스 의 i번째 대각선 엘리먼트이고(는 스칼라임), 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

바이어싱되지 않은 MMSE-LE와 연관있는 에러 공분산 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다:

i번째 전송 안테나를 통해 전송되는 심볼의 추정치와 연관있는 SNR은 최종적으로 다음과 같이 표현될 수 있다:

MMSE-LE 기술은 도 4C의 공간/공간-시간 프로세서(410C)에 의해서 구현될 수 있다. 이 경우에, 곱셈기(422)는, 수식(26)에 제시된 바와 같이, 초기 추정치 를 획득하기 위해서 가중치 매트릭스들의 시퀀스 와 수신 신호 벡터들의 시퀀스 의 컨볼루션을 수행한다. 곱셈기(424)는, 수식(31)에 제시된 바와 같이, 바이어싱되지 않은 MMSE-LE 추정치 를 획득하기 위해서 대각선 매트릭스 와 초기 추정치 의 사전-곱셈을 수행한다. 적응 프로세서(428)는 수식(30)에 제시된 바와 같은 가중치 매트릭스들의 시퀀스 와 수식(32)에 제시된 바와 같은 대각선 매트릭스 를 유도한다. 후속하는 처리는 MMSE 기술에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. i번째 전송 안테나로부터 전송되는 심볼 스트림의 SNR은 CSI 프로세서(448)에 의해서 수식(35)에 기반하여 추정될 수 있다.

4. DFE 기술(공간-시간 처리)

도 4D는 공간/공간-시간 프로세서(410d)의 실시예에 대한 블록 다이어그램이고, 상기 공간/공간-시간 프로세서는 DFE 기술을 구현할 수 있다. 공간/공간-시간 프로세서(410d) 내에서는, N_R 수신 안테나들로부터 수신되는 변조 심볼 벡터들의 스트림 이 순방향 수신 프로세서(432)에 의해 처리됨으로써, 복원될 데이터 스트림에 대해 추정된 변조 심볼들을 제공한다. 순방향 수신 프로세서(432)는 위에서 설명된 CCMI 또는 MMSE 기술이나 일부 다른 선형적인 공간 등화 기술을 구현할 수 있다. 다음으로, 합산기(434)는 피드백 프로세서(440)에 의해서 제공되는 추정된 왜곡 성분들과 순방향 수신 프로세서(432)로부터의 추정된 변조 심볼들을 결합함으로써, 거의 제거된 왜곡 성분을 갖는 "등화된" 변조 심볼들을 제공한다. 처음에, 추정된 왜곡 성분들은 제로이고, 등화된 변조 심볼들은 추정된 변조 심볼들을 단순화시킨다. 합산기(434)로부터의 등화된 변조 심볼들은 전송된 심볼 벡터 의 추정치이다.

일부 특정의 전송 처리 방식들에서는, 데이터 스트림을 전송하기 위해 사용되는 다수의 전송 안테나들에 상응하는 추정된 변조 심볼들의 다수의 스트림 이 결합기(436)에 제공되고, 상기 결합기(436)는 시간, 공간, 및 주파수에 걸친 리던던트 정보를 결합한다. 다음으로, 결합된 변조 심볼은 RX 데이터 프로세서(480)에 제공된다. 그리고, 일부 다른 전송 처리 방식들에서, 상기 추정된 변조 심볼은 RX 데이터 프로세서(480)에 직접 제공될 수 있다. RX 데이터 프로세서(480)는, 도 4A에서 상술된 바와 같이, 복원되는 데이터 스트림에 상응하는 변조 심볼 스트림을 복조, 디-인터리빙, 및 디코딩한다.

디코딩된 데이터 스트림은 또한 "재변조된" 심볼들을 제공하기 위해서 채널 데이터 프로세서(438)에 의해 재인코딩되고 재변조되는데, 상기 "재변조된" 심볼들은 송신기에서 변조 심볼들의 추정치들이다. 채널 데이터 프로세서(438)는 데이터 스트림에 대해 송신기에서 수행되는 것과 동일한 처리(일예로, 인코딩, 인터리빙, 및 변조)를 수행한다. 채널 데이터 프로세서(438)로부터의 재변조된 심볼들은 피드백 프로세서(440)에 제공되고, 상기 피드백 프로세서(440)는 추정된 왜곡 성분들을 유도하기 위해서 심볼들을 처리한다. 피드백 프로세서(440)는 선형적인 공간 등화기(일예로, 선형적인 트랜스버셜 등화기)를 구현할 수 있다.

DFE 기술에서는, 디코딩된 데이터 스트림이 이미 디코딩된 정보 비트들을 통해 생성되는 왜곡의 추정을 유도하기 위해서 사용된다. 만약 데이터 스트림이 에러없이(또는 최소한의 에러를 가지고) 디코딩된다면, 왜곡 성분은 정확하게 추정될 수 있고, 이미 디코딩된 정보 비트들에 의해 생긴 심볼간 간섭은 효과적으로 제거될 수 있다. 순방향 수신 프로세서(432) 및 피드백 프로세서(440)에 의해서 수행되는 처리는 통상적으로 등화된 변조 심볼들에서 심볼간 간섭의 제곱 평균 오차(MSE)를 최소화하기 위해서 동시에 조정된다. DFE 처리는 Ariyavistakul 등에 의해서 앞서 설명된 문헌에 더욱 상세히 설명되어 있다.

DFE 기술에서는, 시간 n에 전송된 심볼의 초기 추정치 가 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서, 은 수신된 변조 심볼들의 벡터인데, 상기 벡터는 위의 수식(25)에서 제공되고, 은 RX 데이터 프로세서(480)에 의해 제공되는 심볼 결정들의 벡터이고, (여기서, )는 순방향 수신 프로세서(432)에 의해서 사용되는 (K₁+1)-(N_T ×N_R) 피드-순방향 계수 매트릭스들의 시퀀스이고, (여기서, )는 피드백 프로세서(440)에 의해 사용되는 K₂-(N_T ×N_R) 피드-백 계수 매트릭스들의 시퀀스이다. 수식(36)은 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서,

만약 MMSE 기준이 계수 매트릭스들을 찾기 위해 사용된다면, 그 때는 제곱 평균 에러를 최소화하는 및 가 사용될 수 있다. 피드-순방향 필터에 대한 MMSE 솔루션은 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서,

이고, 은 N_R ×N_R 블록들로 구성되는 (K_l+1)N_R ×(K_l+1)N _R 매트릭스이다. 의 (i,j)번째 블록은 다음과 같이 주어진다:

피드-백 필터에 대한 MMSE 솔루션은 다음과 같다:

위에서 설명된 MMSE-LE에서와 같이, 바이어스되지 않은 추정치 은 다음과 같이 표현될 수 있고;

여기서,

는 의 i번째 대각선 엘리먼트인데, 그것은 다음과 같이 표현될 수 있다:

그로 인한 에러 공분산 매트릭스는 다음과 같이 주어진다:

다음으로, i번째 전송 안테나를 통해 전송되는 심볼의 추정과 연관있는 SNR은 다음과 같이 표현될 수 있다:

5. 전체-CSI 기술(공간 처리)

전체-CSI 기술에서는, N_R 수신 안테나들의 수신단에서 수신된 신호가 위의 수식(6)에서 설명된 바와 같이 표현될 수 있는데, 이는 다음과 같다:

채널 매트릭스와 그것의 공액-이항의 곱으로 형성되는 에르미트 매트릭스(Hermitian matrix)의 고유벡터 분해는 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서, 는 고유벡터 매트릭스이고, 는 대각선 고유벡터 매트릭스이며, 그 둘 모두는 N_T ×N_T의 디멘션을 갖는다. 송신기는, 수식(5)에 제시된 바와 같이, 고유벡터 를 사용하여 N_T 변조 심볼들로 이루어진 세트를 미리 컨디셔닝한다. 따라서, N_T 전송 안테나들로부터 전송되는 상기 미리 컨디셔닝된 변조 심볼은 다음과 같이 표현될 수 있는데:

이는, 는 에르미트이고, 고유벡터 매트릭스는 단위 매트릭스이기 때문이다. 따라서, 만약 의 엘리먼트들이 동일한 전력을 갖는다면, 의 엘리먼트들도 동일한 전력을 갖는다. 다음으로, 수신 신호는 다음과 같이 표현될 수 있다:

수신기는 채널-매칭-필터 동작을 수행하고, 그에 이어서 정확한 고유벡터들을 통한 곱셈을 수행한다. 채널-매칭-필터 및 사전-곱셈 동작들의 결과는 벡터이고, 이는 다음과 같이 표현되며:

여기서, 새로운 잡음 항은 다음과 같이 표현될 수 있는 공분산인데:

즉, 잡음 성분들은 고유벡터들에 의해서 주어지는 공분산과는 무관하다. 의 i-번째 성분에 대한 SNR은 이고, 이것은 의 i번째 대각선 엘리먼트이다.

전체-CSI 처리는 앞서 언급된 미국 특허 출원 제09/532,492호에 더욱 상세히 설명되어 있다.

도 4B에 도시된 공간/공간-시간 프로세서 실시예도 또한 전체-CSI 기술을 구현하는데 사용된다. 수신된 변조 심볼 벡터는, 수식(49)에서 제시된 바와 같이, 각각의 벡터를 공액-이항 채널 계수 매트릭스 와 사전-곱셈하는 매치 곱셈기(412)에 의해서 필터링된다. 필터링된 벡터는, 수식(49)에 제시된 바와 같이, 변조 심볼 벡터 의 추정치 를 형성하기 위해서 정확한 고유벡터들 과 곱셈기(414)에 의해서 또한 사전-곱셈된다. 전체-CIS 기술에서는, 매트릭스 프로세서(420)가 정확한 고유벡터들 을 제공하도록 구성된다. 후속하는 처리(일예로, 결합기(416) 및 RX 데이터 프로세서(480)에 의한 처리)는 위에서 설명된 바와 같이 수행될 수 있다.

전체-CSI 기술에서, 송신기는 고유값으로 주어지는 SNR에 기반하여 고유벡터들 각각에 대한 코딩 방식 및 변조 방식(일예로, 신호 배열)을 선택할 수 있다. CSI가 수신기 유닛에서 측정되어 보고되는 시간과 그것이 송신기 유닛에서 송신을 사전 컨디셔닝하는데 사용되는 시간 사이의 간격 내에서 채널 상태들이 감지될 수 있을 정도로 변하지 않는다면, 통신 시스템의 성능은 알려진 SNR을 갖는 독립적인 AWGN 세트의 성능과 동일할 수 있다.

6. 연속적인 제거 수신기 처리

연속적인 제거 수신기 처리 기술에서는, 본래의 N_R 신호들이 한번에 하나의 전송된 신호를 연속적으로 복원하기 위해서 처리된다. 각각의 전송 신호가 복원될 때, 그것은 그 다음 전송 신호를 복원하기 위한 처리에 앞서 수신 신호로부터 제거된다(즉, 삭제된다). 만약 전송 데이터 스트림이 에러 없이(또는 최소한의 에러를 가지고) 디코딩될 수 있다면 그리고 채널 응답 추정이 상당히 정확하다면, 미리 복원된 전송 신호들로 인한 간섭을 수신 신호로부터 제거하는 것이 효과적이고, 그 다음으로 복원될 각각의 전송 신호의 SNR은 향상된다. 이러한 방식으로, 더 높은 성능이 모든 전송 신호들에 대해서 달성될 수 있다(어쩌면, 복원될 제 1 전송 신호는 제외).

도 5는 N_T 전송 신호들을 복원하기 위해 N_R 수신 신호들을 처리하는 연속적인 제거 수신기 처리 기술을 도시한 흐름도이다. 간략히 하기 위해서, 도 5에 대한 다음의 설명은, (1) 전송 채널들의 수가 전송 안테나의 수와 동일하다는 것과(즉, N_C=N_T이고, 전송 채널들은 OFDM을 활용하지 않는 MIMO 시스템의 공간 부채널들이라는 것), (2) 하나의 독립적인 데이터 스트림이 각각의 전송 안테나로부터 전송된다는 것을 가정한다.

처음에, 수신기 유닛은, 단계(512)에서, 수신된 신호들에 포함된 다중 전송 신호들을 분리하려고 N_R 수신 신호들에 대해서 공간 및/또는 공간-시간 처리를 수행한다. 공간 처리는 MIMO 채널이 분산적이지 않을 경우에 수신 신호에 대해서 수행될 수 있다. 또한, MIMO 채널이 시간-분산적인 경우에는 수신 신호에 대해 선형적이거나 비-선형적인 시간 처리(즉, 공간-시간 처리)를 수행하는 것이 필수적이거나 바람직할 수 있다. 공간 처리는 CCMI, MMSE, 또는 일부 다른 기술에 기반할 수 있고, 공간-시간 처리는 MMSE-LE, DFE, MLSE, 또는 일부 다른 기술에 기반할 수 있다. 달성가능한 신호 분리의 양은 전송 신호들 사이의 상관성 정도에 따라 다르고, 전송 신호들이 덜 상관적인 경우에는 보다 큰 신호 분리가 가능할 수 있다.

공간 또는 공간-시간 처리는 N_T 전송 신호들의 추정치들인 N_T "후-처리" 신호들을 제공한다. 다음으로, N_T 후-처리 신호들에 대한 SNR들이 단계(514)에서 결정된다. 일실시예에서, SNR들은, 단계(516)에서, 가장 높은 SNR부터 가장 낮은 SNR 순으로 랭크가 정해지고, 가장 높은 SNR을 갖는 후-처리된 신호가 선택되어 디코딩된 데이터 스트림을 얻기 위해 추가적으로 처리(즉, "검출")된다. 검출은 통상적으로 선택된 후-처리 신호를 복조, 디-인터리빙, 및 디코딩하는 것을 포함한다. 디코딩된 데이터 스트림은 이러한 반복에서 복원되는 전송 신호 상의 데이터 스트림의 추정이다. 검출될 특정 후-처리 신호가 또한 일부 다른 방식들(일예로, 스케줄이나 송신기 유닛에 의해 특별히 식별되는 방식)에 기반하여 선택될 수 있다.

단계(518)에서는, 모든 전송 신호들이 복원되었는지 여부가 결정된다. 만약 모든 전송 신호들이 복원되었다면, 수신기 처리는 종료된다. 그렇지 않다면, 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 간섭이 추정되어 수신 신호들로부터 제거됨으로써, 그 다음 전송 신호를 복원하기 위해 그 다음 반복 동안에 "변경된" 신호들을 생성한다.

단계(520)에서는, 상기 디코딩된 데이터 스트림이 수신된 신호들 각각에서 방금전에 디코딩된 데이터 스트림에 상응하는 전송 신호로 인한 간섭의 추정을 형성하는데 사용된다. 간섭은 제일먼저 상기 디코딩된 데이터 스트림을 재인코딩하고, 재인코딩된 데이터를 인터리빙하고, 인터리빙된 데이터를 심볼 매핑함으로써(이러한 데이터 스트림에 대해 송신기 유닛에서 사용된 것과 동일한 코딩, 인터리빙, 및 변종 방식들을 사용하여), "재변조된" 심볼들의 스트림을 획득한다. 재변조된 심볼 스트림은 N_T 전송 안테나들 중 하나로부터 미리 전송되어 N_R 수신 안테나들에 의해 수신된 변조 심볼 스트림의 추정이다. 다음으로, 상기 재변조된 심볼 스트림은 추정된 채널 응답 벡터 에서 N_R 엘리먼트들 각각에 의해 컨볼브됨으로써, i번째 복원된 전송 신호로 인한 N_R 간섭 신호들을 유도한다. 상기 벡터 는 (N_R ×N_T) 채널 계수 매트릭스 의 특정 열이다. 다음으로, N_R 간섭 신호들은 단계(522)에서 N_R 개의 변경된 신호들을 유도하기 위해서 N_R개의 상응하는 수신 신호들로부터 감산된다. 이러한 변경된 신호들은, 만약 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 성분들이 전송되지 않았다면, 수신되는 안테나에서의 신호를 나타낸다(즉, 간섭 제거가 효과적으로 수행되었다고 가정한다).

다음으로, 단계(512 내지 516)에서 수행되는 처리는 또 다른 전송 신호를 복원하기 위해서 N_R개의 변경된 신호들(N_R개의 수신된 신호들 대신)에 대하여 반복된다. 따라서, 단계(512 내지 516)는 복원된 각각의 전송 신호에 대하여 반복되고, 단계(520 및 522)는 복원된 또 다른 전송 신호가 없는 경우에 수행된다.

첫번째 반복 동안에, 입력 신호들은 N_R개의 수신되는 안테나로부터의 N_R개의수신된 신호이다. 각각의 후속하는 반복 동안에, 입력 신호들은 앞선 반복에서 간섭 제거기로부터의 N_R개의 변경된 신호들이다. 각각의 반복 동안의 처리는 입력 신호들에 대한 적절한 대체와 같은 유사한 방식으로 진행한다. 더 상세히는, 첫번째 반복에 이은 각각의 반복에서는, 이전 반복에서 검출된 신호들이 제거되는 것으로 간주되고, 따라서 채널 계수 매트릭스의 디멘션은 각각의 후속하는 반복에서 감소된다.

따라서, 연속적인 제거 수신기 처리 기술은 다수의 반복을 수행하는데, 하나의 반복이 복원될 각각의 전송된 신호에 대해 수행된다. 각각의 반복(마지막을 제외하고)은 전송된 신호들 중 하나를 복원하고 그 다음 반복 동안에 변경된 신호를 생성하기 위해서 2-부분 처리를 수행한다. 제 1 부분에서는, 공간 처리 또는 공간-시간 처리가 N_T 후-처리된 신호들을 제공하기 위해서 N_R개의 수신된 신호들에 대해 수행되고, 상기 후-처리된 신호들 중 하나는 상기 전송 신호에 상응하는 데이터 스트림을 수신하기 위해 검출된다. 제 2 부분에서는(마지막 반복 동안에 수행될 필요가 없음), 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 간섭이 제거된 복원 성분을 갖는 변경 신호들을 유도하기 위해서 수신 신호들로부터 제거된다.

처음에는, 처음 반복 동안의 입력 신호들 은 수신 신호들 이고, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

이러한 입력 신호들은 N_T개의 후-처리된 신호들 을 제공하기 위해서 선형적으로나 또는 비선형적으로 처리되고, 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:

후-처리된 신호들의 SNR은 추정될 수 있으며, 다음과 같이 표현될 수 있다:

후-처리된 신호들 중 하나는 디코딩된 데이터 스트림을 제공하기 위해서 추가적인 처리(일예로, 가장 높은 SNR을 갖는 후-처리된 신호)를 위해 선택된다. 이러한 디코딩된 데이터 스트림은 복원된 신호에 의해서 생성되는 간섭 을 추정하기 위해 사용되고, 상기 간섭은 다음과 같이 표현될 수 있다:

다음으로, 간섭 는 상기 반복 동안에 입력 신호 벡터 로부터 감산되고, 그로 인해 그 다음 반복 동안에 입력 신호 벡터 를 포함하는 변경된 신호들을 유도한다. 간섭 제거는 다음과 같이 표현될 수 있다:

다음으로, 그 다음 반복 동안에 동일한 처리가 반복되고, 벡터 는 상기 반복 동안에 입력 신호들을 포함한다.

연속적인 제거 수신기 처리 방식을 통해, 하나의 전송 신호가 각각의 반복 동안에 복원되고, k번째 반복에서 복원되는 j번째 전송 신호에 대한 SNR 가 이러한 복원된 신호를 위해 사용되는 전송 채널에 대한 CSI로서 제공될 수 있다. 일예로서, 만약 제 1 후-처리된 신호 가 첫번째 반복에서 복원되고, 제 2 후-처리된 신호 가 두번째 반복에서 복원되며, 이후로도 계속해서 이러한 방식을 따르고, N_T번째 후-처리된 신호 가 마지막 반복에서 복원되고, 따라서 이런 복원된 신호들에 대해 보고될 수 있는 CSI는 로서 표현될 수 있다.

도 4E는 연속적인 제거 수신기 처리 기술을 구현할 수 있는 RX MIMO/데이터 프로세서(260e)의 블록 다이어그램이다. (최대) N_T개의 전송 안테나들로부터의 전송 신호들이 N_R 안테나(252a 내지 252r) 각각에 의해 수신되며, 각각의 복조기(254)에 라우팅된다. 각각의 복조기(254)는 각각의 수신 신호를 처리하며, 상기 수신된 변조 심볼들의 스트림을 RX MIMO/데이터 프로세서(260e)에 제공한다.

OFDM을 활용하는 MIMO 시스템에서는, 하나의 RX MIMO/데이터 프로세서(260e)가 데이터 전송을 위해 사용되는 N_F 주파수 부채널들 각각을 위한 N_R 수신 안테나로부터의 N_R 변조 심볼 스트림들을 처리하기 위해 사용될 수 있다. 그리고, OFDM을 활용하지 않는 MIMO 시스템에서는, 하나의 RX MIMO/데이터 프로세서(260e)가 N_R 수신 안테나로부터의 N_R 변조 심볼 스트림들을 처리하기 위해 사용될 수 있다.

도 4E에 도시된 실시예에서, RX MIMO/데이터 프로세서(260e)는 다수의 연속적인(즉, 직렬연결된) 수신기 처리 스테이지들(450)을 포함하는데, 하나의 스테이지는 복원될 전송 신호들 각각을 위한 스테이지이다. 하나의 전송 처리 방식에서는, 하나의 데이터 스트림이 각각의 전송 채널을 통해 전송되고, 각각의 데이터 스트림은 독립적으로 처리되어(일예로, 그것의 고유 인코딩 및 변조 방식으로) 각각의 전송 안테나로부터 전송된다. 이러한 전송 처리 방식에서, 데이터 스트림들의 수는 전송 신호들의 수와 동일한데, 이는 (이용가능한 전송 안테나들의 서브세트일 수 있는) 데이터 전송에 사용되는 전송 안테나의 수와도 동일하다. 명확히 하기 위해서, RX MIMO/데이터 프로세서(260e)가 이러한 전송 처리 방식에 대하여 설명된다.

각각의 수신기 처리 스테이지(450)(마지막 스테이지(450n) 제외)는 간섭 제거기(470)에 연결된 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)를 포함하고, 마지막 스테이지(450n)는 채널 MIMO/데이터 프로세서(460n)만을 포함한다. 제 1 수신기 처리 스테이지(450a)에서는, 채널 MIMO/데이터 프로세서(460a)가 복조기들(254a 내지 254r)로부터의 N_R 변조 심볼 스트림들을 수신하여 처리함으로써 제 1 전송 신호에 대한 디코딩된 데이터 스트림을 제공한다. 그리고 제 2 내지 마지막 스테이지들(450b 내지 450n) 각각에서는, 상기 스테이지를 위한 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)가 이전 스테이지에서의 간섭 제거기로부터 N_R개의 변경된 심볼 스트림들을 수신하여 처리함으로써 상기 스테이지에 의해 복원되는 전송 신호에 대한 디코딩된 데이터 스트림을 유도한다. 각각의 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)는 또한 연관된 전송 채널에 대한 CSI(일예로, SNR)를 제공한다.

제 1 수신기 처리 스테이지(450a)에서는, 간섭 제거기(470a)가 모든 N_R 복조기들(254)로부터 N_R 변조 심볼 스트림들을 수신한다. 그리고, 제 2 내지 마지막 스테이지들 각각에서는, 간섭 제거기(470)가 이전 스테이지에서 간섭 제거기로부터 N_R개의 변경된 심볼 스트림들을 수신한다. 각각의 간섭 제거기(470)는 또한 동일한 스테이지 내에서 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)로부터 디코딩된 데이터 스트림을 수신하고, 상기 디코딩된 데이터 스트림에 상응하는 수신된 변조 심볼 스트림들로 인한 간섭 성분들의 추정인 N_R개의 변조된 심볼 스트림들을 유도하기 위한 처리(일예로, 인코딩, 인터리빙, 변조, 채널 응답 등)를 수행한다. 다음으로, 재변조된 심볼 스트림들이 수신된 변조 심볼 스트림들로부터 감산됨으로써, 감산된(즉, 제거된) 간섭 성분들을 거의 포함하는 N_R개의 변경된 심볼 스트림들을 유도한다. 다음으로, 상기 N_R개의 변경된 심볼 스트림들은 그 다음 스테이지에 제공된다.

도 4E에서, 제어기(270)는 RX MIMO/데이터 프로세서(260e)에 연결되어 도시되어 있고, 연속적인 제거 수신기 처리에서 여러 단계들을 제어하기 위해 사용된다.

도 4E는 각각의 데이터 스트림이 각각의 전송 안테나를 통해 전송될 때(즉, 하나의 데이터 스트림은 각각의 전송 신호에 상응함) 간단한 방식으로 사용될 수 있는 수신기 구조를 도시하고 있다. 이 경우에, 각각의 수신기 처리 스테이지(450)는 전송 신호들 중 하나를 복원하도록 동작할 수 있으며, 복원된 전송 신호에 상응하는 디코딩된 데이터 스트림을 제공한다.

일부 다른 전송 처리 방식들에서는, 데이터 스트림이 공간, 주파수, 및 시간 다이버시티를 각각 제공하기 위해서 다중 전송 안테나들, 주파수 부채널들, 및/또는 시간 간격들을 통해 전송될 수 있다. 이러한 방식들에서는, 수신기 처리는 각각의 주파수 부채널의 각각 전송 안테나를 통해 전송 신호를 위한 수신된 변조 심볼 스트림을 처음에 유도한다. 다중 전송 안테나들, 주파수 부채널들, 및/또는 시간 간격들을 위한 변조 심볼들은 송신기 유닛에서 수행되는 디멀티플렉싱과 같은 보완 방식으로 결합될 수 있다. 다음으로, 결합된 변조 심볼들의 스트림은 상응하는 디코딩된 데이터 스트림을 제공하기 위해 처리된다.

도 4F는 채널 MIMO/데이터 프로세서(460x)의 실시예에 대한 블록 다이어그램인데, 상기 프로세서는 도 4E에서 채널 MIMO/데이터 프로세서(460a) 각각을 위해 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 프로세서(460x)는 RX 데이터 프로세서(480)에 연결된 공간/공간-시간 프로세서(410x)를 포함한다.

공간/공간-시간 프로세서(410x)는 N_R 입력 신호들에 대해 공간 또는 공간-시간 처리를 수행한다. 공간/공간-시간 프로세서(410x)는 비분산적인 채널에 대해서는 CCMI, MMSE, 또는 일부 다른 공간 처리 기술을 구현할 수 있으며, 분산적인 채널에 대해서는 MMSE-LE, DFE, MLSE 또는 일부 다른 공간-시간 처리 기술을 구현할 수 있다.

도 4G는 간섭 제거기(470x)의 실시예에 대한 블록 다이어그램이고, 상기 간섭 제거기는 도 4E에서의 각각의 간섭 제거기(470) 대신에 사용될 수 있다. 간섭 제거기(470x) 내에서는, 동일 스테이지 내에서 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)로부터의 디코딩된 데이터 스트림(k)이 재인코딩되고, 인터리빙되며, 재변조된 심볼들을 제공하기 위해 TX 데이터 프로세서(210x)에 의해서 재변조되는데, 상기 재변조된 심볼들은 MIMO 처리 및 채널 왜곡에 앞서 송신기에서 변조 심볼들의 추정이다. TX 프로세서(210x)는 데이터 스트림에 대해 송신기 유닛에서 수행되는 것과 동일한 처리(일예로, 인코딩, 인터리빙, 및 변조)를 수행한다. 다음으로, 재변조된 심볼들은 채널 시뮬레이터(472)에 제공되고, 상기 채널 시뮬레이터는 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 간섭의 추정치들을 제공하기 위해서 추정된 채널 응답으로 심볼들을 처리한다.

비분산적인 채널에서는, 채널 시뮬레이터(472)가 j번째 전송 안테나와 연관된 재변조된 심볼 스트림을 벡터 와 곱하는데, 상기 벡터 는 데이터 스트림이 복구되는 j번째 안테나와 N_R 수신 안테나들 각각 사이의 채널 응답에 대한 추정치이다. 벡터 는 다음과 같이 표현될 수 있고:

추정된 채널 응답 매트릭스 의 열이고, 상기 채널 응답 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다:

상기 매트릭스 는 동일한 스테이지 내에서 채널 MIMO/데이터 프로세서(460)에 의해 제공될 수 있다.

만약 j번째 전송 안테나에 상응하는 재변조된 심볼 스트림이 로 표현된다면, j번째의 복원된 전송 신호로 인한 추정된 간섭 성분 은 다음과 같이 표현될 수 있다:

간섭 벡터 에서 N_R 엘리먼트는 j번째 전송 안테나를 통해 전송되는 심볼 스트림으로 인한 N_R 수신 안테나들 각각에서의 수신 신호의 성분에 상응한다. 벡터의 각각의 엘리먼트는 상응하는 수신된 변조 심볼 스트림에서 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 추정된 성분을 나타낸다. 이러한 성분들은 N_R개의 수신된 변조 심볼 스트림들(즉, 벡터 )에서 나머지(아직 검출되지 않은) 전송 신호들에 대한 간섭이며, 제거되어진 디코딩 데이터 스트림으로부터의 성분들을 갖는 변경된 벡터 를 제공하기 위해서 합산기(474)를 통해 상기 수신된 신호 벡터 로부터 감산(즉, 제거)된다. 이러한 제거는 위의 수식(55)에서 제시된 바와 같이 표현될 수 있다. 변경된 벡터 는, 도 4E에 도시된 바와 같이, 그 다음 수신기 처리 스테이지에 입력 벡터로서 제공된다.

분산적인 채널에서는, 벡터 가 수식(23)에서 정의된 채널 전달 함수 벡터의 추정치 로 대체되는데, 여기서 0 ≤k ≤L이다. 다음으로, 시간 n에서 추정되는 간섭 벡터 는 다음과 같이 표현될 수 있고:

여기서, 은 시간 n 동안의 재변조 심볼이다. 수식(59)은 각각의 전송-수신 안테나 쌍에 대한 채널 응답 추정치들과 재변조된 심볼들을 효과적으로 컨볼브한다.

간략성을 위해서, 도 4E에 도시된 수신기 구조는 각각의 (수신되거나 변경된) 변조 심볼 스트림들을 각각의 수신기 처리 스테이지(450)에 제공하고, 이러한 스트림들은 제거된(즉, 삭제된) 미리 디코딩되어진 데이터 스트림으로 인한 간섭 성분들을 갖는다. 도 4E에 도시된 실시예에서, 각각의 스테이지는 상기 스테이지에 의해서 디코딩된 데이터 스트림으로 인한 간섭 성분들을 제거한다. 일부 다른 설계에서는, 수신된 변조 심볼 스트림들은 모든 스테이지들에 제공될 수 있고, 각각의 스테이지는 미리 디코딩된 모든 데이터 스트림들(앞서 스테이지들로부터 제공될 수 있음)로부터 간섭 성분들의 제거를 수행할 수 있다. 간섭 제거는 또한 하나 이상의 스테이지들(일예로, 데이터 스트림에 대한 SNR이 높다면)에 대해서 생략될 수도 있다. 도 4E에 도시된 수신기 구조의 여러 변경이 이루어질 수 있으며 이는 본 발명의 범위 내에 든다.

연속적인 제거 수신기 처리 기술은 앞서 언급된 미국 특허 출원 제09/854,235호와, P.W. Wolniansky 등에 의해서 "V-BLAST : An Architecture for Achieving Very High Data Rates over the Rich-Scattering Wireless Channel"란 명칭의 논문(이탈리아, 피사, ISSSE-98 회보)에 더욱 상세히 설명되어 있고, 상기 논문은 본 명세서에서 참조된다.

7. 전체 또는 부분 CSI의 유도 및 보고

전체 또는 부분 CSI는 통신 링크의 특징들을 나타내는 임의의 타입의 정보를 포함할 수 있다. 여러 타입의 정보가 전체 또는 부분 CSI로서 제공될 수 있으며, 일부 예들이 아래에서 설명된다.

부분 CSI

일실시예에서, 부분 CSI는 잡음+간섭 전력에 대한 신호 전력의 비율로서 유도되는 SNR을 포함한다. 비록 집합체 SNR이 다수의 전송 채널들에 대해 제공될 수 있을 지라도, SNR이 통상적으로 데이터 전송(일예로, 각각의 전송 데이터 스트림)을 위해 사용되는 각각의 전송 채널에 대해 추정되어 제공된다. SNR은 특정수의 비트들을 갖는 값으로 양자화될 수 있다. 일실시예에서, SNR 추정치는 일예로 룩업 테이블을 사용하여 SNR 인덱스와 매핑된다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 신호 전력과 간섭+잡음 전력을 포함한다. 이러한 2가지 성분들이 각각의 전송 채널이나 또는 데이터 전송을 위해 사용되는 전송 채널 세트를 위해 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 신호 전력, 간섭 전력, 및 잡음 전력을 포함한다. 이러한 3가지 성분들이 각각의 전송 채널이나 또는 데이터 전송에 사용되는 전송 채널 세트를 위해 유도되어 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 신호-대-간섭 비율과 각각의 관측가능한 간섭 항에 대한 간섭 전력 리스트를 포함한다. 이러한 정보는 각각의 전송 채널이나 또는 데이터 전송에 사용되는 전송 채널 세트를 위해 유도되어 제공될 수 있다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 매트릭스 형태(일예로, 모든 전송-수신 안테나 쌍들에 대한 N_R ×N_T 복소 엔트리)로 신호 성분들을 포함하고 또한 매트릭스 형태(일예로, N_R ×N_T 복소 엔트리)로 잡음+간섭 성분들을 포함한다. 다음으로, 송신기 유닛은 신호 성분들과 적절한 전송-수신 안테나 쌍들에 대한 잡음+간섭 성분들을 적절히 결합함으로써, 데이터 전송을 위해 사용되는 각각의 전송 채널의 품질(일예로, 수신기 유닛에서 수신될 때 각각의 전송된 데이터 스트림에 대한 후-처리된 SNR)을 유도한다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 각각의 전송 데이터 스트림에 대한 데이터 레이트 표시자를 포함한다. 데이터 전송을 위해 사용될 전송 채널의 품질은 (전송 채널에 대해 추정된 SNR에 기초하여) 처음에 결정될 수 있고, 결정된 채널 품질에 상응하는 데이터 레이트는 (일예로, 룩업 테이블에 기반하여) 식별될 수 있다. 식별된 데이터 레이트는 필요한 성능 레벨을 위한 전송 채널을 통해서 전송될 수 있는 최대 데이터 레이트를 나타낸다. 데이터 레이트는 효율적으로 코딩될 수 있는 데이터 레이트 표시자(DRI)에 매칭될 수 있고 또한 그것으로 표현될 수 있다. 일예로, 만약 (최대) 7가지의 가능한 데이터 레이트들이 각각의 전송 안테나를 위한 송신기 유닛에 의해 지원된다면, 3-비트 값이 DRI를 나타내기 위해 사용될 수 있고, 일예로 제로는 제로의 데이터 레이트(즉, 전송 안테나를 사용하지 않음)를 나타낼 수 있고, 1 내지 7은 7가지의 상이한 데이터 레이트들을 나타내기 위해 사용될 수 있다. 통상적인 구현에서, 채널 품질 측정치(일예로, SNR 추정치)는 일예로 룩업 테이블에 기반하여 DRI에 직접 매핑된다.

다른 실시예에서, 부분 CSI는 각각의 전송 데이터 스트림을 위해 송신기 유닛에서 사용될 부분 처리 방식의 표시를 포함한다. 이 실시예에서는, 표시자가 원하는 성능 레벨이 달성될 수 있도록 전송 데이터 스트림을 위해 사용될 특정 코딩 및 변조 방식을 식별할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 부분 CSI는 전송 채널에 대한 품질의 특정 측정치에 대해서 상이한 표시자를 포함한다. 처음에, 전송 채널에 대한 SNR나 DRI 또는 일부 다른 품질 측정치가 결정되고, 기준 측정값으로서 보고된다. 그런 이후에, 전송 채널의 품질에 대한 모니터링이 계속되고, 마지막 보고된 측정치와 현재 측정치 사이의 차이가 결정된다. 다음으로, 상기 차이는 하나 이상의 비트들로 양자화되고, 양자화된 차이는 차이 표시자에 매핑되고 그것에 의해 표현되고, 이어서 보고된다. 상기 차이 표시자는 특정 단계 크기만큼의 상기 마지막 보고된 측정치의 증가 또는 감소를 나타낼 수 있다(또는 상기 마지막 보고된 측정치를 유지하기 위해서). 일예로, 차이 표시자는, (1) 특정 전송 채널에 대해 관측된 SNR이 특정 단계 크기만큼 증가되거나 감소되었거나, (2) 데이터 레이트가 특정 크기만큼 조정되어야 하거나, 또는 일부 다른 변경을 나타낼 수 있다. 간섭 측정치는 차이 표시자들 및/또는 이러한 표시자들의 에러적인 수신이 누적되지 않도록 보장하기 위해서 주기적으로 전송될 수 있다.

전체 CSI

일실시예에서, 전체 CSI는 SNR을 나타내거나 그와 동일한 임의의 다른 정보와 고유모드들을 포함한다. 일예로, SNR-관련 정보는 고유모드 마다의 데이터 레이트 표시, 고유모드마다 사용될 코딩 및 변조 방식의 표시, 고유모드마다의 신호 및 간섭 전력, 고유모드마다 신호 대 간섭 비율 등일 수 있다. 부분 CSI에 대해서 위에 설명된 정보는 또한 SNR 관련 정보로서 제공될 수도 있다.

다른 실시예에서, 전체 CSI는 를 포함한다. 상기 매트릭스 는 고유 모드들 및 채널의 고유값들을 결정하기에 충분하며, 채널의 더욱 효율적인 표현일 수 있다(일예로, 보다 적은 비트들이 이러한 표시를 위한 전체 CSI를 전송하기 위해서 필요할 수 있음).

전체 CSI 데이터 타입들 모두에 대해 상이한 업데이트 기술이 사용될 수도 있다. 일예로, 전체 CSI 특징에 대한 차이 업데이트들은, 채널이 어느 정도 크기만큼 변할 때, 주기적으로 전송될 수 있다.

다른 형태들의 전체 또는 부분 CSI가 또한 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 든다. 일반적으로, 전체 또는 부분 CSI는, 전송되는 데이터 스트림에 대해서 원하는 성능 레벨이 달성되도록 송신기 유닛에서의 처리를 조정하기 위해서 사용될 수 있는 형태가 어떤것이든지 간에, 충분한 정보를 포함한다.

CSI 유도 및 보고

CSI는 송신기 유닛에서 송신되고 수신기 유닛에서 수신된 신호들에 기반하여 유도될 수 있다. 실시예에서, CSI는 전송 신호들에 포함된 파일럿에 기반하여 유도된다. 선택적으로 또는 부가적으로, CSI는 전송 신호들에 포함된 데이터에 기반하여 유도될 수 있다.

또 다른 실시예에서, CSI는 수신기 유닛으로부터 송신기 유닛으로의 역방향 링크를 통해 전송되는 하나 이상의 신호들을 포함한다. 일부 시스템들에서는, 다운링크와 업링크 사이에는 상관도가 존재할 수 있다(일예로, 업링크와 다운링크가 시분할 다중화 방식에서 동일한 대역폭을 공유하는 시분할 듀플렉싱(TDD) 시스템에 대해). 이러한 시스템들에서, 다운링크의 품질은 업링크의 품질에 기반하여 추정될 수 있고(필요한 정확도에 대해), 상기 업링크의 품질은 수신기 유닛으로부터 전송되는 신호들(일예로, 파일럿 신호들)에 기반하여 추정될 수 있다. 다음으로, 업링크를 통해 전송되는 파일럿 신호들은 송신기 유닛으로 하여금 수신기 유닛에서 관측되는 CSI를 추정할 수 있게 하는 수단을 나타낼 것이다. TDD 시스템들에서, 송신기 유닛은 송신 및 수신 어레이 매니폴드들 사이의 차이들을 고려해서 (업링크를 통해 전송되는 파일럿에 기반하여) 채널 계수 매트릭스 를 유도할 수 있고, 수신기 유닛에서 잡음 편차의 추정치를 수신할 수 있다. 어레이 매니폴드 델타들은 수신기 유닛과 송신기 유닛사이의 피드백을 수반할 수 있는 주기적인 교정 절차에 의해 결정될 수 있다.

신호 품질은 여러 기술들에 기반하여 수신기 유닛에서 추정될 수 있다. 이러한 기술들 중 일부는 다음과 같은 특허들에 설명되어 있는데, 상기 특허들은 본 출원의 양수인에게 양도되었으며 본 명세서에서 참조된다:

·1998년 8월 25일에 허여된 미국 특허 제5,799,005호 "System and Method for Determining Received Pilot Power and Path Loss in a CDMA Communication System",

·1999년 5월 11일에 허여된 미국 특허 제5,903,554호 "Method and Apparatus for Measuring Link Quality in a Spread Spectrum Communication System",

·1991년 10월 8일 및 1993년 11월 23일에 각각 허여된 동일 명칭의 미국 특허 제5,056,109호 및 제5,265,119호 "Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular Mobile Telephone System", 및

·2000년 8월 1일에 허여된, 미국 특허 제6,097,972호 "Method and Apparatus for Processing Power Control Signals in CDMA Mobile Telephone System".

CSI는 여러 CSI 전송 방식들을 사용하여 송신기 유닛에 다시 보고된다. 일예로, CSI는 전체적으로나 차별적으로 또는 그것들의 결합을 통해서 전송될 수 있다. 일실시예에서, 전체 또는 부분 CSI는 주기적으로 보고되고, 차이 업데이트들은 앞서 전송된 CSI에 기반하여 전송된다. 전체 CSI의 일실예로서, 업데이트들은 보고된 고유모드들에 대한 (에러 신호에 기초한) 정정일 수 있다. 고유값은 통상적으로 고유모드처럼 급속하게 변하지 않고, 따라서 이것들은 더 낮은 레이트로 업데이팅될 수 있다. 다른 실시예에서, CSI는 변경이 있을 때에만(일예로, 변경이 특정 임계치를 초과하는 경우만) 전송되고, 이는 피드백 채널의 효과적인 레이트를 더 낮게할 수 있다. 부분 CSI의 일예로서, SNR들은 자신들이 변할 때에만 (일예로, 차별적으로) 다시 전송될 수 있다. OFDM 시스템(MIMO를 구비하거나 구비하지 않음)에서는, 주파수 도메인에서의 상관이 피드백될 CSI의 양의 감소를 가능하게 하기 위해서 이용될 수 있다. 부분 CSI를 사용하는 OFDM 시스템의 일예로서, 만약 N_M 주파수 부채널들에 대해 특정 공간 부채널에 상응하는 SNR은 유사하다면, SNR 및 이러한 상태가 정확한 첫번째와 마지막 주파수 부채널이 보고될 수 있다. CSI에 대해서 피드백될 데이터의 양을 감소시키기 위해서 다른 압축 및 피드백 채널 에러 복원 기술들이 또한 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 든다.

CSI에 대한 여러 타입의 정보와 여러 CSI 보고 메커니즘들 역시 1997년 11월 3일에 미국 특허 출원된 제08/963,386호 "Method and Apparatus for High Rate Packet Data Transmission"(본 출원의 양수인에게 양도되었음)과, "TIE/EIA/IS-856 cdma2000 High Rate Data Air Interface Specification"에 설명되어 있고, 그 두 문헌은 본 명세서에서 참조된다.

본 명세서에서 언급된 부분-CSI(일예로, CCMI, MMSE, MMSE-LE, 및 DFE) 기술들이나 전체-CSI 기술 중 어느 하나를 사용함으로써, 각 전송 채널의 전체 또는 부분 CSI가 수신 신호들에 대해서 획득될 수 있다. 다음으로, 전송 채널들에 대해 상기 결정된 전체 또는 부분 CSI는 역방향 채널을 통해 송신기 유닛에 다시 보고될 수 있다. 부분-CSI 기술들에서는, 적응 처리가 완전한 CSI없이도 달성될 수 있다. 전체-CSI 기술에서는, 충분한 정보(그리고, 반드시 필요하지는 않지만 명백한 고유값들 및 고유모두들)가 송신기 유닛에 피드백됨으로써, 활용되는 각각의 주파수 부채널에 대한 고유값들 및 고유모드들의 계산을 용이하게 한다. CSI를 피드백함으로써, MIMO 채널의 활용을 향상시키기 위해 적응 처리(일예로, 적응 코딩 및 변조)를 구현하는 것이 가능하다.

도 2A를 다시 참조하면, 다운링크를 통해서, RX MIMO 프로세서(260)에 의해서 결정된 전체 또는 부분 CSI(일예로, 채널 SNR)가 TX 데이터 프로세서(280)에 제공되고, 상기 TX 데이터 프로세서는 CSI를 처리하고 상기 처리된 데이터를 하나 이상의 변조기들(254)에 제공한다. 변조기들(254)은 상기 처리된 데이터를 추가적으로 컨디셔닝하고, 업링크를 통해서 상기 CSI를 기지국에 다시 전송한다.

기지국(104)에서는, 전송된 피드백 신호가 안테나들(224)에 의해 수신되고, 복조기들(222)에 의해 복조되고, RX MIMO/데이터 프로세서(240)에 제공된다. RX MIMO/데이터 프로세서(240)는 TX 데이터 프로세서(280)에 의해 수행되는 것을 보완하는 처리를 수행하고, 보고된 전체/부분 CSI를 복원하는데, 상기 보고된 전체/부분 CSI는 TX 데이터 프로세서(210) 및 TX MIMO 프로세서(220)에 제공됨으로써 그것들을 통해 상기 처리를 조정하는데 사용된다.

기지국(104)은 단말들(106)로부터의 전체/부분 CSI에 기반하여 자신의 처리를 조정(즉, 적응)할 수 있다. 일예로, 각각의 전송 채널을 위한 코딩은 정보 비트 레이트가 채널 SNR에 의해 지원되는 전송 성능에 매칭하도록 조정될 수 있다. 또한, 전송 채널을 위한 변조 방식은 채널 SNR에 기반하여 선택될 수 있다. 다른 처리(일예로, 인터리빙)가 또한 사용될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 든다. 채널에 대해 상기 결정된 SNR에 기반하는 각각의 전송을 위한 처리의 조정은 MIMO 시스템으로 하여금 높은 성능(즉, 특정 레벨의 성능을 위한 높은 스루풋이나 비트 레이트)을 달성할 수 있게 한다. 적응 전송 처리는 단일-캐리어 MIMO 시스템이나 다중-캐리어 기반 MIMO 시스템(일예로, OFDM을 활용하는 MIMO 시스템)에 적용될 수 있다.

송신기 유닛에서 변조 방식의 선택 및 코딩의 조정은 수많은 기술들에 기반하여 달성될 수 있는데, 그 중 일부는 앞서 언급된 미국 특허 출원 제09/776,975호, 제09/532,492호, 및 제09/854,235호에 설명되어 있다.

부분-CSI 기술들(일예로, CCMI, MMSE, MMSE-LE, 및 DFE 기술들) 및 전체-CSI 기술들은 MIMO 시스템으로 하여금 다중 전송 및 수신 안테나들의 사용을 통해 생성되는 추가적인 디멘션을 활용할 수 있게 하는 수신기 처리 기술이고, MIMO를 이용하는 것에 비해 큰 장점을 갖는다. 부분-CSI 기술들은 동일한 수의 변조 심볼들이 전체 CSI를 활용하는 MIMO 시스템에 대해 각각 시간 슬롯에서 전송되도록 할 수 있다. 그러나, 다른 수신기 처리 기술들이 또한 본 명세서에서 설명된 전체/부분 CSI 기술들과 관련하여 사용될 수도 있고, 이는 본 발명의 범위 내에 든다. 유리하게, 도 4B 내지 4E는, MIMO 전송을 처리할 수 있고 전송 채널의 특징들(일예로, SNR)을 결정할 수 있고, 전체 또는 부분 CSI를 송신기 유닛에 다시 보고할 수 있는 수신기 유닛에 대한 4가지 실시예를 나타낸다. 본 명세서에 제공된 기술들에 기반한 다른 설계들과 다른 수신기 처리 기술들이 고려될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 든다.

Ⅳ. 적응적인 재사용

본 발명의 양상은, (1) 시스템에서 셀들 사이에 이용가능한 시스템 자원들(일예로, 스펙트럼)을 분할 및 할당하고, (2) 각각의 셀의 자원들을 데이터 전송을 위한 단말들에 할당하기 위한 기술들을 제공한다. 자원들을 셀들에 다이나믹하게 및/또는 적응적으로 할당하는 능력과 셀들이 자원들을 단말들에 지능적으로 할당하도록 하는 능력은 시스템으로 하여금 고레벨의 효율성 및 성능을 달성할 수 있게 한다.

고정식-재사용 시스템들에서, 한 셀에 있는 단말이 사용하기에 이용가능한 "채널"은 동일한 채널 재사용 패턴을 갖는 또 다른 셀에서도 재사용될 수 있다. 일예로, 셀들 1, 2, 및 3을 포함하는 3-셀 재사용 클러스터를 고려하자. 이러한 방식에서는, 상이한 채널 세트들이 이러한 제 1 재사용 클러스터에서 각 셀에 할당된다. 각각의 채널은 TDM 시스템의 시간 슬롯, CDM 시스템의 코드 채널, FDM/OFDM 시스템의 부채널 등 일 수 있다. 재사용 클러스터에서 임의의 한 셀에 할당된 세트의 채널들은 상기 클러스터에서 다른 셀들에 할당된 다른 세트들의 채널에 직교적이다. 재사용 클러스터는 일부 설명된 형태로 네트워크를 거쳐 반복된다. 이러한 조치는 재사용 클러스터 내에서 단말들에 의해 야기되는 상호 간섭을 줄이거나 제거한다. 비록 고정식-재사용 방식들이 최소의 필요한 SNR을 충족시키는 단말들의 퍼센티지를 최소화하기 위해 사용될 수 있는 반면에, 그것들은 높은 재사용 인자를 이용하기 때문에 일반적으로 비효율적이다.

도 6A는 커버리지 영역 전체에 걸쳐 랜덤하게 분산되어 있는 단말들의 시뮬레이션으로부터 획득되는 다수의 재사용 패턴들에 기반하여 시스템에서 단말들에 대해 획득되는 SNR의 예시적인 누적 분산 함수(CDF)를 나타낸다. 수평축 x는 SNR을 나타내고, 수직축은 특정 단말에 대해 획득되는 SNR이 수평축에 도시된 값보다 작게 되는 확률, 즉 P(SNR＜x)를 나타낸다. 도 6A에 도시된 바와 같이, 실제로는 어떠한 단말도 0dB 보다 나쁜 SNR을 획득하지 않는다. 도 6A는 또한 더 큰 SNR의 확률이 더 큰 재사용에 따라 증가하는 것을 도시하고 있다. 따라서, 7-셀 재사용 패턴에 대한 P(SNR＞x)는 1-셀 재사용 패턴에 대한 P(SNR＞x)보다 더 크다.

도 6A에서 SNR CDF들은 시스템의 잠재적인 성능을 특징지우기 위해 사용될 수 있다. 일예로서, 적어도 10dB의 SNR이 당시에 99.99%를 위한 1Mbps의 최소 순시 비트 레이트를 충족시키기 위해 필요하다고 가정하자. 1인 재사용 인자를 사용하면(즉, N_reuse, 모든 셀이 동일 채널들을 재사용함), 필요한 성능을 달성하지 못할 확률(즉, 사고 확률)은 대략 12%이다. 마찬가지로, 3, 4, 및 7인 셀 재사용 인자들은 5.4%, 3.4%, 및 1.1%의 사고 확률에 각각 상응한다. 따라서, 단말들의 99%를 위한 10dB SNR을 획득하기 위해서는, 적어도 7의 재사용 인자(N_reuse ≥7)가 본 예에서 필요하다.

도 6B는 1-셀 재사용 패턴에 대한 셀에서 단말들에 의해 달성되는 SNR의 예시적인 CDF를 도시하고 있다. 업링크에서, 도 6B의 SNR CDF는 각각의 셀에서 각각의 채널을 통해 최대 전력으로 전송하는 하나의 단말을 갖는 단말들에 대해 기지국들에서 획득된다. 그리고, 다운 링크에서, SNR CDF는 최대 전력으로 전송하는 모든 셀들을 갖는 단말들에서 달성된다. 두 경우에, 단말들은 셀들 내에서 균일하게 분산된다(즉, 랜덤하게 위치됨). SNR CDF는 특정 SNR 값보다 큰 SNR들을 갖는 셀에서 단말들의 퍼센티지 표시를 제공한다. 도 6B로부터, 셀 내의 단말들이 상이한 SNR 특징들을 가지며, 상이한 레벨의 성능을 달성할 수 있거나, 특정 레벨의 성능을 위해서는, 상이한 전력 레벨들로 전송할 필요가 있을 수 있다. 서비스 중인 셀에 대해 보다 작은 경로 손실들을 갖는 단말들은 통상적으로 더 높은 SNR들을 가지면, 이는 그것들이 더 높은 성능을 달성할 수 있을 것이라는 것을 의미한다.

통상적인 시스템에서는, 시스템에서 단말들의 큰 퍼센티지가 세트포인트와 동일하거나 그것을 초과하는 SNR들을 획득할 수 있다. 세트포인트는 원하는 레벨의 성능을 획득하기 위해서 필요한 특정 SNR이며, 상기 성능은 일예로 1% BER이나 0.01% 사고 확률, 또는 일부 다른 기준에서의 특정 평균 데이터 레이트로서 양자화될 수 있다. 이러한 단말들에서, 단위 재사용 패턴(N_reuse)은 시스템에 대해 고효율을 획득하기 위해 사용될 수 있다. 시스템에서 단말들 중 단지 일부는 통상적으로 임의의 정해진 순간에는 불리하다. 세트포인트 아래의 SNR을 획득하는 단말들 중 일부에서는, 일부 다른 재사용 방식들 및/또는 일부 다른 기술들은 필요한 성능을 제공하기 위해서 이용될 수 있다.

적응 재사용 방식들은 관측된 로딩 상태들, 시스템 요구 등과 같은 다수의 인자들에 기반하여 이용가능한 시스템 자원들을 다이나믹하게 및/또는 적응적으로 분할하여 셀들에 할당하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 재사용 계획은 초기에 정해지고, 각각의 셀은 이용가능한 전체 시스템 자원들의 일부가 할당된다. 상기 할당은 각각의 셀이 원하는 경우나 필요한 경우 이용가능한 전체 자원들 중 많은 부분을 동시에 활용할 수 있도록 이루어질 수 있다. 시스템이 변할 때는, 재사용 계획이 시스템의 변화를 반영하기 위해서 재정의될 수 있다. 이러한 방식으로, 적응 재사용 계획은 매우 낮은 효과적인 재사용 인자(일예로 1에 가까운 인자)를 획득할 수 있는 동시에 다른 시스템 요구들을 충족시킬 수 있다.

시스템 자원들은 각각의 셀이 상이한 성능 레벨들을 갖는 채널 세트에 할당되도록 또한 분할될 수 있다. 일예로 인접 셀들에서 적게 공유된 채널들 및/또는 낮은 전송 전력 레벨들과 연관된 채널들에서 보다 높은 성능이 획득된다. 역으로, 보다 낮은 성능이 일예로 채널들에 허락된 낮은 전송 전력 레벨들로부터 발생할 수 있다. 상이한 성능 레벨들을 갖는 채널들은, 아래에 설명되는 바와 같이, 상기 채널들에 대한 상이한 백-오프 인자들을 정의함으로써 획득될 수 있다.

업링크에서는, 간섭에 대한 단말의 허용 레벨 및 채널의 성능에 기반하여 각 셀에 있는 단말들에 채널이 할당된다. 일예로, 간섭으로부터의 보다 나은 보호를 필요로 하는 불리한 단말들은 보다 나은 보호가 제공되는 채널들에 할당될 수 있다. 반대로, 양호한 전파(propagation) 상태들을 갖는 유리한 단말들은 더 많이 공유되고/공유되거나 각자의 사용과 연관된 더 큰 간섭 레벨들을 갖는 채널들에 할당될 수 있다.

도 6C는 3-셀 재사용 패턴(즉, N_reuse=3)에 대한 자원 파티셔닝(partitioning) 및 할당의 실시예에 대한 다이어그램이다. 본 실시예에서, 시스템 자원은 12개의 단편들로 분할된다. 상기 분할은 시간, 주파수 또는 코드 도메인, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 따라서, 도 6C의 수평축은 TDM 또는 FDM/OFDM이 사용되는 지에 따라, 시간 또는 주파수를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 12개의 단편들은 TDM-기반의 방법에 대한 12개의 시간 분할-멀티플렉싱된 시간 슬롯 또는 FDM-기반의 방법에 대한 12개의 주파수 대역들을 나타낼 수 있다. 각각의 상기 단편들은 또한 "채널"로서 언급되고, 각각의 채널은 다른 채널에 직교한다.

3-셀 재사용 패턴에 대해, 시스템 자원은 이용가능한 채널들을 3개의 세트로 그룹핑함으로써 파티셔닝될 수 있고, 3-셀 클러스터 내의 각각의 셀은 채널 세트들 중 하나에 할당될 수 있다. 각각의 채널 세트는 사용되는 특정한 재사용 방법에 따라, 12개의 이용가능한 채널들 중 일부 또는 모두를 포함한다. 도 6C에 도시된 실시예에 대해, 각각의 셀은 동일한 개수의 채널들에 할당되는데, 셀 1은 채널 1 내지 4에 할당되고, 셀 2는 채널 5 내지 8에 할당되고, 셀 3은 채널 9 내지 12에 할당된다. 일부 다른 실시예들에서, 각각의 셀은 임의의 개수의 채널들을 포함할수 있는 각각의 채널 세트에 할당될 수 있는데, 이들 중 일부는 다른 셀에 할당될 수도 있다.

1. 적응성있는 재사용 방법들

적응성 재사용 방법들은 높은 시스템 성능을 달성하기 위해 통신 시스템의 어떤 특성들을 이용하도록 설계될 수 있다. 상기 시스템 특성들은 로딩 효과(loading effect)들 및 간섭에 대한 단말들의 상이한 허용오차(tolerance)를 포함한다.

셀에서의 로딩은 시스템의 전반적인 성능(예를 들어 쓰루풋)에 영향을 미친다. 낮은 부하에서, 이용가능한 시스템 자원들은 "직교" 채널들 세트들로 분할될 수 있는데, 그 후에 상기 채널들은 셀들, 즉 재사용 클러스터 내의 셀 당 하나의 채널 세트로 할당될 수 있다. 각각의 세트 내의 채널들이 다른 세트들 내의 채널들에 직교하기 때문에, 상기 직교 채널들에 대한 간섭은 낮고, 높은 C/I 값들이 달성된다. 부하가 증가함에 따라, 각각의 세트 내의 직교 채널들의 개수는 수요를 충족시키기에 불충분할 수 있고, 셀들은 단지 직교 채널들의 사용으로부터 벗어나는 것이 허용될 수 있다. 비-직교 채널들 상에서의 전송은 사용된 채널들에서 관찰된 평균 간섭 레벨들을 증가시킨다. 그러나, 비-직교 채널들 상의 전송 레벨들을 적절히 제어함으로써, 간섭의 양이 제어될 수 있고 높은 성능이 더 높은 부하에서조차도 달성될 수 있다.

부하가 증가함에 따라, 데이터 전송을 필요로 하는 활성 단말들의 개수도 또한 증가하고, 셀이 데이터 전송을 스케줄링하고 채널들을 할당하도록 선택할 수 있는 단말들 풀(pool)도 또한 증가한다. 상기 풀 내의 각각의 단말은 시스템 내의 다른 단말들에 간섭을 나타내고, 상기 간섭 레벨은 다른 인근 셀들 및 단말들에 대해서 뿐만 아니라 서비스중인(serving) 셀에 대한 단말의 상대 위치에 (부분적으로) 의존할 수 있다. 더 큰 링크 마진들을 갖는 단말들은 간섭에 대해 더 큰 허용오차를 갖는다. 단말들의 상이한 간섭 특성들은 밀접한 재사용(즉, 개체(unity)에 가까움)을 달성하기 위해서 단말들을 스케줄링하고 채널들을 할당할 때 사용될 수 있다. 특히, 부하가 증가함에 따라. 간섭에 대해 더 높은 허용오차를 갖는 단말들이 높은 간섭 레벨을 수신할 더 높은 가능성을 갖는 채널들에 할당될 수 있다.

도 7은 적응성 재사용 방법의 프로세스(700)의 실시예에 대한 플로우 다이어그램이다. 재사용 플랜(reuse plan)의 개발과 변화하는 시스템 상황에 대한 재사용 플랜의 적응은 시스템의 정상 동작과 함께 수행될 수 있다.

처음에, 시스템은 데이터베이스(730)에 저장될 수 있는, 시스템에 대해 수집된 정보에 기초하여, 그리고 하나 이상의 파라미터들로, 단계(710)에서, 특징지어질 수 있다. 예를 들어, 각각의 셀(업링크에 대해)에서 관찰될 때, 또는 각각의 단말(다우링크에 대해)에서 관찰될 때, 단말들에 의해 경험되는 간섭이 결정될 수 있고 간섭 특징화(interference characterization)가 개발될 수 있다. 간섭 특징화는 각각의 셀을 기초로 수행될 수 있고, 전력 분배와 같은 간섭 레벨의 통계학적 특성을 개발하는 것을 포함할 수 있다. 상기 특징화를 위해 사용된 정보는 새로운 셀 및 단말들을 책임지고 시스템내의 변화들을 반영하도록 주기적으로 업데이트될 수 있다.

그 후에 단계(712)에서, 재사용 플랜은 개발된 시스템 특징화 및 다른 시스템 제약요소들 및 고려사항들을 사용함으로써 정의된다. 재사용 플랜은 특정한 재사용 인자(N_reuse)와 같은 다양한 요소들 및 재사용 인자(N_reuse)에 기초한 특정한 재사용 셀 레이아웃을 완수한다. 예를 들어, 재사용 인자는 1-셀, 3-셀, 7-셀 또는 19-셀 재사용 패턴 또는 클러스터에 상응할 수 있다. 재사용 인자의 선택 및 재사용 셀 레이아웃의 설계는 단계(710)에서 개발된 데이터 및 임의의 다른 이용가능한 데이터에 기초하여 달성될 수 있다. 재사용 플랜은 시스템을 동작시키는 구조체계(framework)를 제공한다.

추가적인 시스템 파라미터들 및/또는 동작 상태들이 또한 단계(714)에서 정의된다. 이는 통상적으로 전체의 이용가능한 시스템 자원들을 채널들로 파티셔닝하는 단계를 포함하는데, 상기 채널들은 시간 유닛, 주파수 부채널들, 코드 채널들 또는 어떤 다른 유닛들에 상응한다. 사용될 채널들의 개수(N_ch)는 단계(712)에서 정의된 재사용 플랜에 기초하여 결정될 수 있다. 그 후에 이용가능한 채널들은 세트들과 연관되고, 각각의 셀은 각각의 채널 세트에 할당된다. 상기 세트들은 중첩 채널(overlapping channel)들을 포함할 수 있다(즉, 특정한 채널이 한 세트 이상에 포함될 수 있다). 자원 파티션과 할당은 이후 더 자세히 설명된다.

다른 파라미터들이 또한, 예를 들어, 전송 간격, 시스템 내의 셀들의 세트포인트들, 할당된 채널들과 연관된 백-오프(back-off) 인자들, 백-오프 인자 한계들, 백-오프 인자들에 대해 조정하기 위한 단계 크기들 등과 같이 단계(714)에서 정의될 수 있다. 백-오프 인자들은 채널에 대한 피크 전송 전력 레벨에서의 감소를 결정한다. 이후 더 자세히 기술되는, 상기 파라미터들과 상태들은 정상 동작 동안에 셀들에 의해 준수되는 동작 규칙(operating rule)들 세트와 유사하다.

그 후에, 상기 시스템은 정의된 재사용 플랜에 따라 동작하고 상기 셀 및/또는 단말들은 (예를 들어 스케줄링된 바대로) 데이터를 전송한다. 동작 중에, 시스템 성능은 단계(716)에서 정의된 재사용 플랜에 대해 평가된다. 상기 평가는, 예를 들어, 다수의 인근 셀들에 대한 각각의 단말과 상기 연관된 링크 마진들 사이의 유효 경로 손실들, 쓰루풋들, 사용불능(outage) 가능성들 및 다른 성능 척도들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 셀 내의 각 채널에서의 각각의 스케줄링된 단말에 대한 효율적인 링크 마진은 결정될 수 있다. 계산된 링크 마진들에 기초하여, 단말들의 개별적인 성능들 뿐만 아니라 시스템의 평균 쓰루풋의 평가(estimate)가 개발될 수 있다.

시스템 성능이 평가된다면, 정의된 재사용 플랜의 효율성(즉, 성능)에 대한 결정이 단계(718)에서 만들어진다. 만일 시스템 성능이 수용가능하지 않다면, 프로세스는 단계(712)로 되돌아가고, 재사용 플랜이 재정의된다. 시스템 성능이 시스템 요건들 세트에 부합하지 않고/부합하지 않거나 원하는 성능 레벨을 달성하지 못한다면 시스템 성능은 수용될 수 없을 것이다. 재정의된 재사용 플랜은 다양한 동작 파라미터들에 대한 변화들을 포함할 수 있고, 심지어 다른 재사용 패턴 및/또는 재사용 셀 레이아웃의 선택을 포함할 수 있다. 예를 들어, 만일 과도한 간섭이 일어난다면, 재사용 패턴은 (예를 들어, 3-셀로부터 7-셀까지) 증가될 수 있다. 단계들(712 내지 718)은 (예를 들어, 커버리지 영역 내의 단말들에 대한 최소의 성능 요건들을 동시에 만족하면서 쓰루폿이 최대화되는) 시스템 목적이 달성되기 전까지 반복적으로 수행될 수 있다. 단계들(712 내지 718)은 또한 시스템이 동작하는 동안의 계속적인 프로세스(ongoing process)를 나타낸다.

만일 시스템 성능이 수용가능하다면(즉, 시스템 요건에 합치한다면), 시스템이 변화되었는지에 대한 결정이 단계(720)에서 만들어진다. 만일 어떤 변화도 없다면, 프로세스는 종료된다. 그렇지 않다면, 데이터 베이스(730)는 시스템 내의 변화들을 반영하기 위해서 단계(724)에서 업데이트되고, 시스템은 재특징화된다.

도 7에 도시된 프로세스는 주기적으로, 또는 시스템 변화가 탐지되는 때마다 수행될 수 있다. 예를 들어, 프로세스는, 예를 들어 새로운 셀들과 단말들이 부가될 때와 기존의 셀들 및 단말들이 제거되거나 변형될 때와 같이, 시스템이 성장하거나 변화됨에 따라 수행될 수 있다. 상기 프로세스에 의해 시스템은, 예를 들어 단말 분포(terminal distribution), 토폴로지(topology) 및 토포그래피(topography)에서의 변화에 적응될 수 있다.

2. 전력 백-오프

본 발명의 특정에 따라, 채널 구조가 시스템에 의해 정의되고 사용될 수 있어서, 부하가 증가함에 따라 신뢰할 수 있는 성능이 큰 시간 퍼센트로 채널들을 사용하여 달성된다. 특정한 셀에 대해, 일부 단말들은 일부 다른 단말들에 비해 다른 셀 또는 다른 단말 간섭에 의해 영향을 덜 받을 가능성이 있다. 상기 사실을 이용하는 채널 구조를 제공함으로써, 시스템 쓰루풋 및 성능에서의 개선이 실현될 수 있다.

채널 구조에 대해, 재사용 클러스터 내의 각각의 셀은 나중에 채널의 커버리지 영역내의 단말들에 할당될 수 있는 각각의 채널들 세트에 할당된다. 각각의 셀은 상기 할당된 채널들 세트에 대한 백-오프 인자들 세트에 추가로 할당된다. 각각의 할당된 채널에 대한 백-오프 인자는 채널에 대해 사용될 수 있는 최대의 전체 전송 전력 퍼센트를 지시한다. 백-오프 인자는 0(0.0)에서 1(1.0)가지의 범위인 임의의 값일 수 있는데, 여기서 0은 채널상에 어떤 데이터 전송도 허용되지 않는다는 것을 지시하고, 1은 전체 전송 전력까지에서의 데이터 전송을 지시한다. 백-오프 인자들은 상이한 성능 레벨들을 달성할 수 있는 채널들을 초래한다.

전체 전송 전력으로부터의 백-오프는 하나 이상의 선택된 시간 슬롯에서, 하나 이상의 선택된 셀들 또는 이들의 조합에 의해 하나 이상의 선택된 채널들에 적용될 수 있다. 백-오프는 셀 내의 선택된 단말들에 부가적으로 또는 택일적으로 적용될 수 있다. 실시예에서, 각각의 셀은 데이터 전송을 위해 할당된 각각의 채널들에 대한 백-오프를 적용하는데, 백-오프에 대한 특정한 값은 셀의 동작 상태에 기초하여, 다른 셀들 내의 단말들에 대한 간섭량을 제한하면서 원하는 성능이 달성되도록 한다.

각각의 셀에 할당된 채널들에 대한 백-오프 인자들은, 예를 들어 단말들의 특성들, 셀에서의 로딩 상태들, 원하는 성능 등과 같은 다수의 인자들에 기초하여 결정될 수 있다. 각각의 셀에 할당된 백-오프 인자들 세트는 유일할 수 잇고, 또는 시스템 내의 상이한 셀들 사이에서 공통일 수 있다. 일반적으로, 각각의 셀에 할당된 채널들 및 할당된 백-오프 인자들은, 예를 들어 동작 상태들(예를 들어, 시스템 부하)에 기초하여 동적으로 및/또는 적응성있게 변화될 수 있다.

일 실시예에서, 각각의 셀에 대한 백-오프 인자들은 셀 내의 (활성) 단말들의 전체적 앙상불(total ensemble)을 위해 달성가능한 SNR 값들의 분포에 기초하여 결정된다. 상기 단말들의 비-균일 가중부여(weighting)는 이하 기술되는 바와 같이, 예를 들어, 단말들의 프로파일(profile)에 기초하여 적용될 수 있다. 상기 가중은, 예를 들어 일시(time-of day)에 의존하는 바와 같이, 적응성있게 및/또는 동적으로 만들어질 수 있다.

특정한 단말에 대한 SNR은 (1) 단말과 서비스중인(또는 홈(home)) 셀 사이의 경로 손실 및 (2) 다른 셀 또는 다른 단말 간섭 레벨을 포함하는 다양한 인자들에 의존한다. 고정된-단말 시스템에서, 단말에 대한 경로 손실은 감지할 수 있는 정도로 변화되지 않고, 단말 신호 레벨의 예측은 정확히 행해질 수 있다. 다운링크 상에서, 간섭 레벨은 서비스중인 셀로부터의 경로 손실들뿐만 아니라 다른 간섭 셀로부터 단말까지의 경로 손실에 의존한다. 그리고 업링크 상에서, 간섭 레벨은 관심있는 셀에 대한 상기 단말들로부터의 경로 손실들뿐만 아니라 단말에 대한 다른 간섭 셀들로부터의 경로 손실들에도 의존한다. 간섭 레벨들의 정확한 평가는 통상적으로 셀들 또는 단말들이 전송하고 있는 순시 정보 및 단말들의 전력 레벨들을 필요로 한다.

다운링크 및 업링크 상의 간섭 특징화를 단순화시키기 위해 다수의 가정들이 행해질 수 있다. 다운링크 상에서, 간섭 셀은 전체 전력으로 동작하고 있다고 가정될 수 있다. 업링크 상에서, 각각의 셀 내의 하나의 단말은 셀에 할당된 각각의 채널 상에서 전송되도록 허용될 수 있는데, 최악의 경우에, 다른 단말 간섭 레벨들은 간섭 단말들이 전체 전력으로 전송하고 있을 것이라는 가정에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 각각의 셀 내의 각각의 단말에 대한 최악의 경우의 SNR은 상기 단말 및 다른 간섭 단말이 전체 전속으로 전송중이라는 가정에 기초하여 계산될 수 있다. 각각의 셀 내의 단말들에 대한 SNR 값들이 셀에 대한 효율적인 SNR CDF를 특징지우기 위해 수집되어 사용될 수 있다.

채널들에 대한 백-오프 인자들을 유도하기 위해, 각각의 셀 내의 단말들은 단말들의 링크 마진들에 기초하여 카테고리화될 수 있고, 그 후에 백-오프 인자들은 링크 마진 카테고리화에 기초하여 선택될 수 있다. 도 6B에 도시된 예시적인 SNR 분배를 사용하여, 단말들의 개체수(population)가 세트들로 카테고리화될 수 있는데, 여기서 각각의 세트는 유사한 간섭 레벨들을 경험하는 (즉, 값들의 범위 내에 SNR을 가지는) 단말들을 포함한다. 예를 들어, 도 6B에 도시된 CDF는 N_ch 세트들로 파티셔닝될 수 있는데, 여기서 N_ch는 셀 당 할당된 채널들의 전체 개수이다. 상기 세트들은 동일하지 않은 크기의 세트 파티션이 정의될 지라도, 동일한 크기로 선택될 수 있다(즉, 동일한 퍼센트의 단말들이 각각의 세트 내에 포함된다).

테이블 3은 N_ch =12개의 단말 세트들을 식별하고, (제 2열)은 12개의 단말 세트들 각각 내의 단말들에 대한 최소의 SNR을 도표화한다. 12개의 단말 세트들이 있고, 각각의 세트가 크기에서 동일하기 때문에, 각각의 세트는 셀 내의 단말들의 대략 8.3%를 포함한다. 제 1 세트는 10dB 이하의 SNR들을 가진 단말들을 포함하고, 제 2 세트는 10dB 내지 13dB의 SNR을 갖는 단말들을 포함하고, 제 3 세트는 13dB 내지 15dB의 SNR을 갖는 단말들을 포함하고, 이하 유사하며, 마지막 세트는 34.5dB이상의 SNR들을 갖는 단말들을 포함한다.

상기 셀들은 특정 세트포인트(γ_sp)(또는 동작 포인트)를 지원하도록 설계될 수 있는데, 상기 세트포인트는 수용가능한 에러 레이트를 가지고서 원하는 데이터 레이트에서 동작시키기 위해서 최소의 원하는 SNR이다. 통상적인 시스템에서, 세트포인트는 단말들에 의해 선택된 순시적인 데이터 레이트의 함수이고, 따라서 단말마다 다를 수 있다. 단지 예로서, 15dB의 세트포인트가 셀 내의 모든 단말들에 요구된다고 가중된다.

그 후에 각각의 단말들 세트에 대해 최소의 링크 마진(s(n))이 다음과 같이:

계산될 수 있다.

각각의 단말들 세트에 대한 최소의 링크 마진(s(n))은 세트 내의 단말들의 최소의 SNR과 세트포인트(γ_sp) 사이의 차이이다. 최소의 링크 마진(s(n))은 시스템 내의 모든 단말들로부터 전체 전송 전력이 전송된다는 가정에 기초하여 원하는 전송 전력으로부터 세트포인트까지의 편차(deviation)를 나타낸다. 양의 링크 마진은 SNR이 세트포인트에 의해 정의된 원하는 성능 레벨을 달성하기 위해 필요한 것보다 더 크다는 것을 지시한다. 따라서, 상기 단말들의 전송 전력은 단말들의 링크 마진에 비례하는 양까지 감소(즉, 백-오프됨)될 수 있고, 여전히 원하는 성능 레벨을 제공할 수 있다.

그 후에 각각의 셀에 대한 백-오프 인자들은 단말들과 셀 사이의 경로 손실들에 대한 정보 및 간섭 레벨의 특징화 기초하여 유도될 수 있다. 만일 최대의 전송 전력 레벨이 1.0으로 정규화된다면, 각각의 단말들 세트에 대한 정규화된 백-오프 인자는 다음과 같이:

표현될 수 있다.

특정한 단말 세트와 연관된 백-오프 인자는 원하는 세트포인트(γ_sp) 및 이에 따라 원하는 성능 레벨을 여전히 유지하면서 단말들 세트에 적용될 수 있는 전송 전력에서의 감소를 나타낸다. 전송 전력에서의 백-오프는 상기 단말들이 더 양호한 SNR들을 달성할 수 있기 때문에 가능하다. 백-오프 인자에 의해 스케줄링된 단말의 전송 전력을 감소시킴으로써, 다른 단말들에 대한 상기 단말에 기인한 간섭량이 상기 단말의 성능에 영향을 미치지 않고서 감소될 수 있다.

테이블 3은 (제 3열에서) 최소의 링크 마진(s(n)) 및 15dB의 세트포인트(γ_sp)를 위해 각각의 단말들 세트에 대한 (제 4열에서) 백-오프 인자를 리스트한다. 테이블 3에 도시된 바와 같이, 채널들(1 내지 4)은 0dB 이하의 링크 마진들을 가지고, 채널들(5 내지 12)은 점진적으로 더 양호한 링크 마진을 갖는다. 결과적으로, 채널들(1 내지 4)은 전체 전력에서 동작되고, 채널들(5 내지 12)은 점진적으로 감소된 전력에서 동작된다. 백-오프 인자들은 연관된 단말 세트들 내의 단말들로부터의 전송들에 부과될 수 있다. 예를 들어, 세트(5) 내의 단말들은 17dB 또는 더 양호한 SNR와 2dB의 최소 링크 마진(s(n))을 가지기 때문에, 상기 단말들의 전송 전력은 피크 전송 전력의 63.1%까지 감소될 수 있다.

세트포인트(γ_sp) 이하인 SNR들을 갖는 단말들에 대해, 다수의 옵션들이 적용될 수 있다. 상기 단말들로부터의 전송의 데이터 레이트는 SNR에 의해 지원될 수 있는 정도까지 감소될 수 있다. 택일적으로, 낮은 SNR을 유발하는 간섭 단말들 또는 셀들은 (일시적으로) 각자의 전송 전력을 감소시키도록, 또는 낮은 SNR 단말들이 만족스럽게 서비스될 때까지 영향을 받은 채널들 상에서의 전송을 중지시키도록 요구될 수 있다.

일실시예에서, 백-오프 인자들이 재사용 패턴내의 하나의 셀에 대해 결정되면, 재사용 패턴내의 다른 셀들에 대한 백-오프 인자들이 스태거링될 수 있다. 예를 들어, 12개의 채널들과 동작하고 N_ch =4 채널 옵셋을 사용하는 N_reuse =3(즉, 3-셀) 재사용 패턴에 대해, 셀(2)에 대한 백-오프 인자들은 4개의 모듈로(modulo)-N_ch 만큼 옵셋될 수 있고 셀(3)에 대한 백-오프 인자들은 8개의 모듈로-N_ch 만큼 옵셋될 수 있다. 상기 재사용 패턴에 대해, 셀(1)은 (채널들 및 테이블 3에서 제 4열 내에 보여지는 각자의 백-오프 인자들을 포함하는) 채널 세트(1)와 연관된 백-오프 인자들을 적용하고, 셀(2)은 (채널들 및 테이블 3에서 제 4열 내에 보여지지만 4개의 채널들만큼 시프트 다운되고(shifted down) 감겨진(wrapped around) 각자의 백-오프 인자들을 포함하는) 채널 세트(2)와 연관된 백-오프 인자들을 적용하고, 셀(3)은 (채널들 및 테이블 3에서 제 4열에서 보여지지만 8개의 채널들만큼 시프트 다운되고 감겨진 각자의 백-오프 인자들을 포함하는) 채널 세트(3)와 연관된 백-오프 인자들을 적용한다. 4-채널 옵셋이 본 실시예에서 사용되지만, 다른 옵셋도 또한 사용될 수 있다.

테이블 4는 테이블 3에 보여진 백-오프 인자들 및 4-채널 옵셋을 사용하여 셀들(1 내지 3)에 대한 백-오프 인자들을 도표화한다. 예를 들어, 채널(1)에 대해, 셀(1)은 세트(1)의 채널(1)과 연관된 백-오프 인자를 적용하고, 셀(2)은 세트(1)의 채널(9)과 연관된 백-오프 인자를 적용하며, 셀(3)은 세트(1)의 채널(5)과 연관된 백-오프를 적용한다.

낮은 부하들에서, 각각의 셀들은 "더 양호한(better)" 할당된 채널들에 단말들을 할당한다. 테이블 4에 보여진 채널 할당에 대해, 셀(1) 내의 단말들은 채널들(1 내지 4)에 할당되고, 셀(2) 내의 단말들은 채널들(5 내지 8)에 할당되며, 셀(3) 내의 단말들은 채널들(9 내지 12)에 할당된다. 각각의 셀 내의 부하가 4개의 단말들 또는 그 이하일 때, 인접 셀들 내의 단말들로부터 어떠한 코-채널(co-channel) 간섭도 없고(12개의 채널들이 서로 직교하기 때문), 각각의 단말은 다운링크 및 업링크 전송들에 대해 자신의 세트포인트를 달성하도록 할 수 있어야 한다. 임의의 셀 내의 부하가 4개의 단말들을 초과하는 경우, 그 셀은 다른 셀들의 것에 직교하지 않는 채널들에 특정한 단말들을 할당할 수 있다. 부하가 통상적으로 각각의 셀에서 독립적으로 변화하기 때문에, 할당된 비-직교 채널은 임의의 인접 셀들에 의해 획득되지 않을 것이 가능하다. 이러한 이벤트(event)의 가능성(즉, "비-충돌(non-collision)"의 가능성)은 각각의 인접 셀들 내의 부하의 함수이다.

백-오프를 갖는 채널 구조는 시스템 내의 모든 단말들에 의해 관찰되는 효율적인 마진에서의 증가를 초래할 수 있다. 테이블 4에 보여진 백-오프 인자들은 도 6B에 보여진 SNR CDF에 기초하여 처음으로 유도되는데, 상기 SNR CDF는 (다운링크에 대해) 다른 셀들이 전체 전력으로 전송하고 있거나 (업링크에 대해)다른 셀들 내의 단말들이 전체 전력으로 전송하고 있다고 가정하여 생성된다. 그러나, 백-오프 인자들이 테이블 4에 보여진 것과 같은 스태거링된 채널 재사용 방법과 함께 적용되는 경우, 각각의 셀 내의 단말들에 의해 달성된 실제 SNR 값들은 다른 셀들로부터의 간섭 또는 다른 셀들 내의 단말들로부터의 간섭이 적용된 백-오프 인자들만큼 감소되기 때문에 테이블 3의 제 3열에 제공된 최소의 SNR 값들보다 클 수 있다.

실제 시스템은 통상적으로 전술한 이상적인 시스템 모델에 적합하지 않다. 예를 들어, 비-균일한 단말들 분배, 비-균일한 기지국 배치, 변화된 영역(terrain) 및 지형(morphology) 등, 모두가 각각의 셀에서 관찰되는 간섭 레벨에서의 변이들에 기여한다. 셀들 내의 특징화 및 셀들에서의 성능의 정규화는 통상적으로 전술한 것보다 더 복잡하다(즉, 셀들에 대한 SNR CDF들은 동일할 것 같지 않다). 나아가, 각각의 셀 내의 단말들은 통상적으로 다른 셀들 내의 단말들에 의해 관찰된 것과 다른 간섭 레벨을 관찰한다. 따라서, 시스템 내의 셀들에 걸린 특정한 임계 레벨 내로 효율적인 마진들을 정규화하기 위해서 더 많은 계산들이 요구될 수 있다.

따라서, 각각의 셀에 대하 유도된 백-오프 인자들은 다를 수 있고, 재사용 클러스터 내의 다른 셀들에 대한 백-오프 인자들의 모듈로-시프트된 버전들이 아닐 것이다. 게다가, 셀들 및/또는 채널들에 대한 상이한 세트포인트들이 또한, 원한다면, 정규화된 성능 레벨을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 세트포인트들은 또한 비-균일한 시스템 성능을 달성하기 위해 변화될 수 있다. 백-오프 인자들 상의 상이한 C/I CDF들, 및 시스템 성능을 개선하기 위한 백-오프 인자들 조절의 효과는 2000. 3. 30일에 출원되고 "Method and Apparatus for Controlling Transmissions of a Communications System"으로 명명된 미국특허출원번호 제09/539,157호에 기술되어 있고, 상기 출원은 본 출원의 양수인에 양도되었으며, 본 명세서에 참조로서 편입되어 있다.

다수의 상이한 방법들이 셀들에 대한 백-오프 인자들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 하나의 방법에서, 백-오프 인자들을 결정하기 위한 프로시저는 여러번 반복되고, 백-오프 인자들은 모든 채널들에 대해 최소의 달성가능한 세트포인트가 충족되도록 매번 조절된다. 일실시예에서, 최악-경우의 간섭 레벨들이 초기 백-오프 인자들을 결정할 때 가정된다. 다른 실시예에서, 다른 값들이 최악-경우 간섭 레벨들 대신에 사용될 수 있다. 예를 들어, 평균, 중간 또는 95%의 간섭 분포가 초기 백-오프 인자들을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 간섭 레벨은 적응성있게 계산되고, 백-오프 인자들은 주기적으로 계산된 간섭 레벨들을 반영하도록 조절된다. 각 셀에 사용된 백-오프 인자들은 인접 셀들에 전달되거나 전달되지 않을 수 있다.

일부 실시예들에서, 셀에서의 할당된 채널들의 서브세트가 어떤 "보호(protection)"의 형태로 제공될 수 있다. 상기 보호는, 예를 들어, 셀 내의 단말들에 의한 배타적인 사용을 위해 주기적으로 하나 이상의 채널들을 남겨놓음으로써 달성될 수 있다. 배타성은 또한 요구될 때만, 그리고 불리한(disadvantaged) 단말들을 만족시키기 위해 요구되는 정도까지만 운용할 수 있도록 정의될 수 있다. 보호된 채널들은 다양한 수단으로 인접 셀들에 대해 식별될 수 있다. 예를 들어, 셀은 보호된 채널들 리스트를 자신의 인접 셀들에 전달할 수 있다. 그후에 인접 셀들은 각자의 커버리지 영역들 내의 단말들에 의해 보호된 채널들 상의 데이터 전송을 감소시키거나 방지할 수 있다. 채널 보호는 다른 단말들이나 다른 셀들로부터의 과도한 간섭 때문에 요구된 SNR을 달성할 수 있는 불리한 단말들을 서비스하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 채널 보호는 불리한 단말들이 서비스되면 제거될 수 있다.

일부 실시예들에서, 셀은 만일 채널 상태들이 수용가능하지 않은 레벨까지 악화된다면(예를 들어, FER이 어떤 퍼센트 이상이거나, 사용불능(outage) 가능성이 특정한 임계값을 초과한다면) 특정한 채널들 상에 "블로킹(blocking)"(즉, 자신의 커버리지 영역들 내의 단말들에 의한 전송이 없음)을 부과할 수 있다. 각각의 셀은 채널 상태들이 개선되고 신뢰할 수 있는 통신이 달성될 합리적인 확실성이 있을 때가지 열악한 수행 채널들에 대해 채널들의 성능 및 자기-부과(self-impose) 블로킹을 측정할 수 있다.

채널 보호 및 블로킹은, 예를 들어, 셀들의 상태들에 기초하여 동적으로 및/또는 적응성있게 수행될 수 있다.

다운링크 및 업링크에 대한 적응성있는 재사용 및 전력 백-오프는 각각 전술한 미국특허출원번호 제09/539,157호, 및 2001. 5. 1일에 출원되고 본 출원의 양수인에게 양도되었고 본 명세서에 참조로서 편입되었으며 "Method and Apparatus for Controlling Uplink Transmissions of a Wireless Communication System"으로 명명된 미국특허출원번호 제09/848,937호에 더 자세히 기술되어 있다.

Ⅴ. 스케줄링

다양한 스케줄링 방법들이 할당된 채널들에 단말들을 스케줄링하고 할당함으로서 시스템 쓰루풋을 최대화하기 위해 설계되고 사용되어 상기 채널들 상에 동시 데이터 전송들이 지원되도록 하게 할 수 있다. 스케줄러는 어느 특정한 단말들 조합이 임의의 시스템 제한들 및 요건들에 의존하는 최상의 시스템 성능(예를 들어, 가장 놓은 쓰루풋)을 제공하는 지를 평가한다. 다중-사용자 다이버서티를 사용함으로써, 스테줄러는 할당된 채널들 상의 동시 데이터 전송을 위해 "상호 호환가능한" 단말들의 조합을 발견할 수 있다. MIMO 시스템에 대해, 개별적인 단말들(즉, 각각의 채널 응답 계산들)의 "공간적인 서명들(spatial signatures)"( 및 가능하게는 주파수 서명들(frequency signatures))을 사용함으로써, 평균 시스템 쓰루풋이 또한 증가될 수 있다.

단말들은 다양한 인자들에 기초한 데이터 전송을 위해 스케줄링될 수 있다. 하나의 인자들 세트는 원하는 서비스 품질(QoS), 최대 대기시간(latency), 평균 데이터 레이트 등과 같은 시스템 제한들 및 요건들과 관련될 수 있다. 일부 또는 모든 이러한 인자들은 다중-액세스 시스템에서 단말 당 베이스(즉, 각각의 단말에 대해)로 만족될 필요가 있을 수 있다. 다른 인자들 세트는 시스템 성능과 관련될 수 있는데, 상기 성능은 평균 시스템 쓰루풋 레이트 또는 일부 다른 성능 지표들에 의해 정량화 될 수 있다. 이러한 다양한 인자들은 이하 더 자세히 기술된다.

스케줄링은 각각의 전송 간격 동안 수행될 것이고, 상기 간격은 임의의 지속 시간(예를 들어, 하나의 프레임 또는 다수의 프레임들)으로 정의될 수 있다.

시스템 내의 셀들은 적응성있는 (전술한 방식으로 공식화된)재사용 플랜에 기초하여, 그리고 미리 규정된 규칙들 및 상태들에 따라 동작될 수 있다. 정상적인 동작 동안에, 각각의 셀은 데이터 전송을 위한 셀 내의 다수의 단말들로부터 요구(request)들을 수신한다. 그 후에 셀들은 데이터 전송들이 목표들 및 요건들을 충족시키도록 단말들을 스케줄링한다. 스케줄링은 집중식 스케줄러(즉, 집중화된 스케줄링 방법에 대해)에 의해, 또는 일부 셀들이 자신의 전송을 스케줄링하고 집중식 스케줄러는 셀들의 세트에 대한 전송들을 스케줄링하는 하이브리드(hybrid) 방법에 의해, 각각의 셀에서(즉, 분포된 스케줄링 방법에 대해) 수행될 수 있다.

다음에는, 스케줄링은 단말들이 SISO 모드에서 동작하는 시스템을 위해 처음에 기술된다. 단일-사용자 및 다중-사용자 MIMO 모드들 및 혼재된 모드들에 대한 스케줄링은 후속하여 기술된다.

1. 단말들을 스케줄링하고 채널들을 할당하는 파라미터들

다양한 인자들이 데이터 전송을 위해 단말들을 스케줄링하고 단말들에 채널들을 할당할 때 고려될 수 있다. 상기 인자들은 (1) 하나 이상의 채널 메트릭들(metrics), (2) 활성 단말들에 할당된 우선순위들, (3) 공평(fairness)에 관련된 기준, 및 다른 인자들을 포함한다.

하나 이상의 채널 메트릭들이 단말들을 스케줄링하고/스케줄링하거나 채널들을 할당하기 위해 사용될 수 있다. 상기 채널 메트릭들은 쓰루풋, 간섭, 사용불능 가능성, 또는 어떤 다른 척도들에 기초한 메트릭들을 포함할 수 있다. "양호성(goodness)"을 지시하는 채널 메트릭의 예가 이하 기술된다. 그러나, 다른 채널 메트릭들도 또한 공식화될 수 있고 본 발명의 범위 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

주어진 단말에 대한 채널 메트릭은 (1) 단말의 경로 손실, (2) 전체 이용가능한 전송 전력, (2) 간섭 특징화, (3) 백-오프 인자들, 및 가능하게는 기타인자들과 같은 다양한 인자들에 기초할 수 있다. 일실시예에서, 활성 단말들에 대한 채널 메트릭(d_m(n,k))은 다음과 같이 정의될 수 있다.

여기서, β_m(n)은 0≤β≤1이고, 셀(m)의 채널(n)과 연관된 백-오프 인자이고( β_m(n)=0일 때, 이는 채널(n)이 셀(m)에서 사용되는 것을 의미함);

P_max(k)는 단말(k)에 대한 최대 전송 전력이고;

ζ_m(k)은 단말(k)과 셀(m) 사이의 경로 손실이고;

I_m(n)은 셀(m) 내의 채널(n) 상에서 관찰된 간섭 전력이며;

f(x)는 x가 SNR에 비례하는 독립변수(argument)(x)의 "양호성"을 기술하는 함수이다.

업링크에 대해, 간섭(I_m(n))의 정밀한 계산은 고려 중인 셀(m)에 대해서 뿐만 아니라 서비스중인 셀에 대해서도 각각의 간섭 단말로부터의 경로 손실들(즉, 동일한 채널(n)에 할당된 손실들)에 대한 정보를 필요로 한다. 서비스중인 셀에 대한 경로 손실은, 만일 전력 제어가 사용된다면, 간섭 단말에 의해 전송될 전력량을 결정한다. 그리고 셀(m)에 대한 경로 손실은 간섭 단말로부터의 전송 전력량이 간섭으로서 셀(m)에서 수신될 것이라는 것을 결정한다. 다른-셀 간섭(I_m(n))의 직접적인 계산은 통상적으로 간섭 단말들에 대한 정보가 일반적으로 이용가능하지 않기 때문에 실용적이지 않고(예를 들어 이러한 단말들은 거의 동일한 시간에 다른 셀들에 의해 스케줄링되고 할당되고 있음), 이러한 단말들에 대한 경로 손실 특징화는 통상적으로 정확하지 않다(예를 들어 평균에 기초하여, 그리고 페이딩(fading)을 반영하지 않을 수 있다).

따라서 간섭(I_m(n))은 다양한 방법들에 기초하여 평가될 수 있다. 하나의 간섭 평가 방법에서, 각각의 셀은 각 채널에 대해 수신된 간섭 전력의 히스토그램(histogram)을 유지한다. 채널(n)에 대해 셀(m)에서의 전체 수신 전력(I_o,m(n))은 채널(n) 내의 스케줄링된 단말(k)에 대해 수신된 전력(C_k(n)) 및 다른 셀들 내의 다른 간섭 단말들로부터 수신된 간섭 전력(더하기 열적 및 다른 배경 노이즈)을 포함한다. 따라서, 다른-셀 간섭은 다음과 같이 평가될 수 있다.

여기서, 은 채널(n) 내의 셀(m)에 대해 평가된 다른-셀 간섭이다. 다른-셀 간섭()은 각각의 채널에 대한 다른-셀 간섭의 분포를 형성하도록 각각의 채널에 대해, 그리고 각각의 전송 간격에서 평가될 수 있다. 그 후에 평균값, 최악의 경우, 또는 이러한 분포 중 일부 퍼센트는 수식(62)에서 다른-셀 간섭()으로서 사용될 수 있다.

다양한 함수들(f(x))은 채널 메트릭에 대해 사용될 수 있다. 일실시예에서, 채널 메트릭(d_m(n,k))은 채널(n) 내의 셀(m) 내의 단말(k)에 대한 사용불능 가능성을 나타낸다. 다른 실시예에서, 채널 메트릭(d_m(n,k))은 SNR=x에서 신뢰할 수 있게 유지될 수 있는 최대의 데이터 레이트를 나타낸다. 다른 함수들이 또한 채널 메트릭에 대해 사용될 수 있고 본 발명의 범위내에 있다.

채널 메트릭(d_m(n,k))은 데이터 전송에 대해 단말들을 스케줄링하기 위해서, 또는 단말들에 채널들을 할당하기 위해서, 또는 모두를 위해서 사용될 수 있다. 단말들을 스케줄링하고/스케줄링하거나 채널들을 할당할 때, 채널 메트릭은 셀 내의 각각의 채널에 대한 각각의 활성 단말에 대해 계산될 수 있다. 각각의 단말은 할당을 위해 이용가능한 것 이상의 N_ch 채널들에 대해 예측된 성능을 지시하는 것 이상의 N_ch 값들과 연관될 수 있다. 특정한 단말에 대해, 최상의 메트릭을 갖는 채널은 단말에 할당될 최상의 채널일 수 있다. 예를 들어, 만일 채널 메트릭(d_m(n,k))은 사용불능 가능성을 나타낸다면, 가장 낮은 사용불능 가능성을 갖는 채널은 단말을 할당할 최상의 채널이다.

채널 메트릭(d_m(n,k))은 (예를 들어, 단말(k)로부터 셀(m)까지의 경로 손실, 셀(m)에 의해 관찰된 간섭 전력(I_m(n)), 등의) 함수(f(x))를 포함하는 파라미터들에 대한 평가에 기초하여 어느 정도의 확실성까지 계산될 수 있다. (d_m(n,k))의 값은 정확성을 개선하기 위해 시간 주기에 걸쳐 평균화될 수 있다. (d_m(n,k))의 값에서의 변동들은 신호와 간섭 모두의 작은 신호 페이딩, 간섭 전력에서의 변화들을 유발하는 간섭 소스의 위치에서의 변화들, 및 가능하게는 때때로의 쉐도우(shadow)(예를 들어, 메인 신호 경호를 블로킹하는 트럭(truck))에 기인하여 일어날 가능성이 있다. 변동들을 고려하기 위해서, 더 큰 백-오프 인자들을 갖는 채널들이 약간의 마진들을 제공하도록 선택될 수 있고, 데이터 레이트들이 또한 동작 상태들에서의 변화들에 기초하여 적응될 수 있다.

단말들은 데이터 전송을 위해 스케줄링되고 자신의 우선순위들에 기초한 채널들에 할당되어, 일반적으로 상위 우선순위 단말들이 하위 우선순위 단말들 이전에 서비스받도록 할 수 있다. 우선순위를 정하는 것(prioritization)는 통상적으로 더 단순한 단말 스케줄링 및 채널 할당 프로세스를 초래하고, 또한 후술하는 바와 같이, 단말들 사이의 특정한 공평 레벨을 보장하기 위해서 사용될 수 있다. 각각의 셀 내의 단말들은, 예를 들어 평균 쓰루풋, 단말들에 의해 경험된 지연들 등과 같은 다수의 기준에 기초하여 우선될 수 있다. 이러한 기준들 중 일부가 이하 기술된다.

하나의 단말 우선순위를 정하는 방법에서, 단말들은 자신의 평균 쓰루풋에 기초하여 우선시된다. 이러한 방법에서, "스코어(score)"는 각각의 활성 단말이 데이터 전송을 위해 스케줄링되도록 유지된다. 셀은 서비스하는 활성 단말들에 대해(즉, 분산제어 방법에 대해) 스코어들을 유지하고, 또는 집중 제어기는 모든 활성 단말들에 대해(즉, 집중화된 제어 방법에서) 스코어들을 유지할 수 있다. 단말의 활성 상태는 통신 시스템의 상위 레이어들에서 구축될 수 있다.

일실시예에서, 평균 쓰루풋을 지시하는 스코어(Φ_k(i))는 각각의 활성 단말에 대해 유지된다. 하나의 실행에서, 프레임(i)에서의 단말(k)에 대한 스코어(Φ_k(i))는 지수적인 평균 쓰루풋으로서 계산되고, 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, Φ_k(i)=0, i＜0에 대해,

r_k(i)는 프레임(i)에서 단말(k)에 대한 데이터 레이트(비트/프레임의 단위인)이고,

α₀와 α₁은 지수적인 평균화(exponential averaging)에 대한 시상수들이다.

통상적으로, r_k(i)는 특정한 최대 달성가능한 데이터 레이트(r_max) 및 특정한 최소 데이터 레이트(예를 들어, 0)에 의해 한정된다. α₁에 대한 더 큰 (α₀에 비해) 값은 더 긴 평균 시상수에 상응한다. 예를 들어, 만일 α₀와 α₁이 모두 0.5이면, 현재 데이터 레이트(r_k(i))는 이전 전송 간격들로부터의 스코어(Φ_k(i-1))와 동일한 가중치로 주어진다. 스코어(Φ_k(i))는 단말의 정규화된 평균 쓰루풋에 대략적으로 비례한다.

데이터 레이트(r_k(i))는 상기 단말에 대해 달성되거나(즉, 측정되거나) 달성가능한(즉, 평가된) SNR에 기초한 단말(k)에 대한 실현가능한(realizable)"(즉,"잠재적인(potential)") 데이터 레이트일 수 있다. 단말(k)에 대한 데이터 레이트는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, c_k는 단말(k)에 대해 선택된 변조 방법 및 코딩에 의해 달성된 이론적인 용량(capacity)의 단편을 반영하는 양의 상수이다. 데이터 레이트(r_k(i))는 또한 현재의 스케줄링 주기에서 할당될 실제 데이터 레이트 또는 어떤 다른 정량화가능한 데이터 레이트들일 수 있다. 실현가능한 데이터 레이트의 사용은 채널 할당 프로세스 동안의 "혼합(shuffling)" 효과를 가져오는데, 상기 효과는 후술하는 바와 같이 어떤 불리한 단말들의 성능을 개선한다.

다른 실행에서, 프레임(i)에서의 단말(k)에 대한 스코어(Φ_k(i))는 어떤 시간 간격 동안에 달성된 선형 평균 쓰루풋으로서 계산되고, 다음과 같이 표현될 수 있다.

단말의 평균(실현가능하거나 실제적인) 쓰루풋은 특정한 개수의 프레임들 동안에 (예를 들어 마지막 10 프레임 동안에) 계산될 수 있고, 스코어로서 사용될 수 있다. 활성 단말들에 대한 스코어(Φ_k(i))에 대한 다른 공식들이 고려될 수 있고, 이는 본 발명의 범위에 속한다.

단말이 데이터 전송을 원하는 경우, 스코어는 0으로 초기화되고, 이후에 각 프레임에서 업데이트된다. 단말이 프레임에서의 전송에 대해 스케줄링되지 않을 때마다, 프레임에 대한 데이터 레이트는 0(즉, r_k(i)=0)으로 설정되고, 스코어는 그에 따라 업데이트된다. 프레임이 단말에 의해 에러 상태로 수신된다면, 그 프레임에 대한 단말의 효율적인 데이터 레이트는 0으로 설정될 수 있다. 프레임 에러는 즉시 알려지지 않을 수 있지만(예를 들어, 데이터 전송에 대해 사용된 응답/부정 응답(Ack/Nak) 방법에 기인하여), 스코어는 상기 정보가 이용가능한 경우 그에 다라 조절될 수 있다.

스케줄러는 스케줄링 및/또는 채널 할당에 대해 단말들을 우선화시키기 위해 스코어들을 사용할 수 있다. 특정한 실시예에서, 활성 단말들 세트는 최하위 스코어가 최상위 우선순위에 할당되도록 우선화되고, 최상위 스코어를 갖는 단말은 최하위 우선순위에 할당된다. 스케줄링 프로세서는 또한 우선순위를 정할 때 단말 스코어들에 비-균일한 가중 인자들을 할당시킬 수 있다. 상기 비-균일 가중 인자들은 단말 우선순위들을 결정할 때 고려될 (이하 설명되는 바와 같은) 다른 인자들을 고려할 수 있다.

단말의 우선순위는, 예를 들어 페이로드 요건들, 달성가능한 SNR 및 요구된 세트포인트, 단말들에 의해 경험된 지연들, 사용불능 가능성, 인접 셀들에 대한 간섭, 다른 셀들로부터의 간섭, 데이터 레이트들, 최소 전송 전력들, 전송될 데이터 타입, 제공될 데이터 서비스들의 타입 등과 같은 다양한 다른 인자들의 함수로 만들어질 수 있다. 큰 페이로드는 더 큰 백-오프 인자를 갖는 채널에 할당될 수 있고, 더 큰 페이로드에 대해 데이터 전송을 스케줄링하기가 통상적으로 더 어렵기 때문에 상위 우선순위로 할당될 수 있다. 더 높은 값의 SNR을 가지는 단말은 더 높은 평균 스루풋이 요구되면 더 높은 우선순위로 할당될 수 있다. 더 높은 지연들을 경험하는 단말은 최소 레벨의 서비스를 보장하도록 우선순위 내에서 업그레이드될 수 있다. 더 높은 우선순위는 시간 기준이 되는 데이터(예를 들면, 재전송된 데이터)에 할당될 수 있다. 상기 방식은 전부 열거된 리스트가 아니다. 다른 인자들 또한 고려될 수 있으며, 이는 본 발명의 영역내에 있다.

인자들은 단말들의 우선순위들을 유도하기 위해 가중되고 조합될 수 있다. 서로다른 가중 방식들은 최적화되는 시스템 목표들의 세트에 따라 사용될 수 있다. 일 예로서, 셀의 평균 스루풋을 최적화시키기 위해, 더 큰 가중치가 단말기들의 수행가능한 SNR에 제공될 수 있다.

형평성의 기준은 최소 서비스 등급(GoS)을 확보(또는 보증)하기 위해 단말들을 스케줄링 하고 채널들을 할당하도록 부과될 수 있다. 형평성의 기준은 일반적으로 시스템내의 모든 단말들에 적용되지만, 특정 서브세트의 단말들(예를 들면, 프리미엄 단말들)은 형평성 기준의 애플리케이션을 위해 선택될 수 있다.

전술된 단말 우선순위 결정 방식에 대하여, 자원들의 할당은 스코어(score)들의 비율에 기초하여 수행될 수 있다. 상기 경우에, 모든 활성 단말들의 스코어들은 변경된 스코어 를 형성하기 위해 단말 스코어들의 최대값으로 참조될 수 있으며, 다음과 같이 표현될 수 있다:

특정 단말에 할당된 자원들은 그들의 변경된 스코어에 기초할 수 있다. 예를 들면, 만약 단말 1이 단말 2의 두배가 되는 스코어를 가진다면, 스케줄러는 상기 두개의 단말들의 데이터 레이트들을 동일하게 하기 위해(만약 상기 채널(들)이 사용가능하다면) 필요한 능력을 가지는 채널(또는 다수의 채널들)을 배분할 수 있다. 형평성을 고려하여, 스케줄러는 각각의 전송 간격동안 데이터 레이트를 표준화하는 것을 시도할 수 있다. 다른 형평성 기준 또한 부과될 수 있으며, 본 발명의 영역 내에 있다.

2. 적응형 재사용을 사용하는 스케줄링

스케줄링 방식은 전력 백오프(back-off)들을 위해 전술된 것과 같이, 업링크 및 다운링크 채널들에 부과될 수 있는 구성된 채널 전력 제한들을 통합하도록 실행될 수 있다. 다운링크를 통해, 단말들은 선택된 동작 모드, 데이터 레이트, 및 세트포인트와 일치하는 최대 전력 제한값들을 가지는 채널들로 할당될 수 있다. 업링크를 통해, 유사한 스케줄링 방식이 사용될 수 있으며, 따라서 유사한 링크 마진들을 가지는 단말들은 그들의 동작 모드들, 데이터 레이트들, 및 피크 전력 제한값들과 일치하는 채널들로 할당된다.

시스템은 전력 제어 뿐만 아니라 레이트 제어를 사용하기 위해 설계될 수 있다. 다운 링크 및 업링크 모두에 대한 스루풋의 최대화는 서로다른 동작 모드들과 관련된 데이터 레이트들을 위한 공지된 세트포인트들을 사용하는 것을 포함한다. 자원들의 할당시, 스케줄링 방식들은 주어진 데이터 레이트와 동작 모드를 지원하기 위해 요구되는 최소 전송 전력을 결정할 수 있다. 다운링크를 통해, 전력 조절은 사용자 기준 마다 수행될 수 있다. 업링크를 통해, 상기 정보는 단말들로 명확하게, 또는 불명확하게 전달될 수 있다(예를 들면, 특정 채널과 관련하여 추측된 최대 전력 제한을 가지는 특정 채널을 할당함으로써).

도 8A는 우선순위 기반의 스케줄링 방식에 기초하여 데이터 전송을 위한 단말들을 스케줄링하는 프로세스(800)의 일 실시예의 흐름도이다. 상기 우선순위 기반 스케줄링 방식은 다운링크 또는 업링크를 위해 사용될 수 있으며, 데이터 전송을 위해 활성 단말들을 그들의 우선순위들에 기초하여 추가로 스케줄링한다. 각 전송 간격 내에서 데이터 전송을 위해 스케줄링될 수 있는 단말들의 특정 갯수는 이용가능한 채널들의 갯수에 의해 제한될 수 있다. 예를 들면, 셀 당 N_ch개 까지의 단말들이 N_ch개의 이용가능한 채널들을 통한 전송을 위해 스케줄링될 수 있다.

초기에, 단계(810)에서 단말들을 스케줄링하기 위해 사용될 파라미터들이 업데이트된다. 상기 파라미터들은 백오프 인자들, 간섭 특징, 단말들에 대한 경로 손실들, 및 가능한 다른 것들을 포함할 수 있다. 파라미터들은 전술된 것과 같이 단말들에 대한 채널 크기를 결정하기 위해 사용될 수 있다.

단말들은 그후에 단계(812)에서 우선순위 및 등급이 결정된다. 일반적으로, 데이터 전송을 원하는 활성 단말들만이 스케줄링을 위해 고려되며, 상기 단말들은 우선순위 및 등급이 결정된다. 단말들의 우선순위는 다수의 단말-평가 방식중 임의의 하나를 사용하여 수행될 수 있고, 평균 스루풋, 페이로드, 등등과 같은 하나 또는 그이상의 인자들에 기초할 수 있다. 활성 단말들은 그들의 우선순위에 기초하여 최상위 우선순위로부터 최하위 우선순위로 등급이 매겨진다.

이용가능한 채널들은 단계(814)에서 활성 단말들에 할당된다. 채널 할당은 일반적으로 다수의 단계들을 수반한다. 먼저, 하나 또는 그이상의 채널 크기들이 업데이트된 파라미터들에 기초하여 각각의 이용가능한 채널들에 대한 각각의 단말을 위해 계산될 수 있다. 임의의 갯수의 채널 크기들은 수식(62)에 도시된 채널 크기와 같이 사용될 수 있다. 단말들은 그들의 우선순위, 계산된 채널 크기들, 및 청구 요구들과 같은 가능한 다른 인자들에 기초하여 이용가능한 채널들에 할당되다. 채널 할당은 하기에서 설명되는 다양한 채널 할당 방식들에 기초하여 수행될 수 있다.

채널 할당은 데이터 전송을 위해 할당된 특정 채널 뿐만 아니라 사용될 데이터 레이트를 포함할 수 있다. 가능한 데이터 레이트들의 각각은 개별 코딩 및 변조 방식과 관련될 수 있다. 각각의 스케줄링된 단말은 할당된 데이터 레이트에 기초하여 사용될 (예를 들면, 선험적인) 적절한 코딩 및 변조 방식을 알고있을 수 있다. 선택적으로, 코딩 및 변조 방식은 스케줄링된 단말로 전달될 수 있다.

시스템 파라미터들은 그후에 단계(816)에서 채널 할당들을 반영하도록 업데이트될 수 있다. 업데이트될 시스템 파라미터들은 예를 들면, 셀내의 채널들에 대한 백오프 인자들의 조절을 포함할 수 있으며, 이는 (1)상기 셀내의 스케줄링된 단말들을 위한 채널 할당들, (2)다른 셀들로부터 백오프 인자들의 조절을 위한 요구들, 등등에 기초한다. 셀은 인접 셀들에 의해 백오프 인자들의 조절들을 요구할 수 있다.

데이터는 그후에 단계(818)에서 할당된 채널들을 통해 스케줄링된 단말들로 송신되거나 또는 상기 단말들로부터 수신된다. 데이터 전송들로부터, 각각의 채널을 통해 측정되는 간섭과 같은 서로다른 양들이 추정되어 추가의 전송 간격동안 사용될 수 있다. 일반적으로, 단계들(810 부터 818까지)은 셀의 정규 동작동안 수행된다. 단계(820)에서, 또다른 전송 간격이 발생되는지의 여부가 결정된다. 만약, 답이 예이면, 프로세스는 단계(810)로 복귀하고 단말들은 다음 전송 간격동안 스케줄링된다. 그렇지 않으면, 프로세스는 단계(820)에서 대기한다. 상기 단계들 중 임의의 단계는 하기에서 더 상세히 설명된다.

채널 할당

이용가능한 채널들은 다양한 방식들에 기초하여 활성 단말들로 할당될 수 있고, 다양한 인자들을 고려할 수 있다. 상기 채널 할당 방식들은 (1)우선순위 기반의 채널 할당 방식, (2)청구 기반의 채널 할당 방식, (3)업그레이드를 사용한 채널 할당 방식, 및 다른 방식들을 포함한다.

우선순위 기반의 채널 할당 방식에서, 채널 할당은 채널 할당을 위해 가장 먼저 고려되는 최상위 우선순위의 단말과 채널 할당을 위해 가장 마지막에 고려되는 최하위 우선순위의 단말과 함께 한번에 하나의 단말에 대하여 수행된다. 셀내의 모든 활성 단말들은 전술된 인자들과 같은 다수의 인자들에 기초하여 초기에 우선순위가 결정된다.

도 8B는 우선순위 기반의 채널 할당 방식을 위한 프로세스(830)의 일 실시예의 흐름도이다. 초기에, 단계(832)에서 채널 크기는 활성 단말들과 이용가능한 채널들에 대하여 계산된다. 전술된 것과 같은 다양한 채널 크기들이 사용될 수 있다. 단계(834)에서, 활성 단말들은 전술된 인자들에 기초하여 우선순위 및 등급이 결정된다. 우선순위 결정은 단계(832)에서 계산된 채널 크기들에 기초할 수 있다. 단말의 우선순위 및 채널 크기들은 그후에 채널 할당을 수행하기 위해 사용된다.

단계(836)에서, 최상위 우선순위 단말은 활성 단말들의 리스트로부터 선택되어 단계(838)에서 이용가능한 채널에 할당된다. 일 실시예에서, 선택된 단말은 채널의 최초 선택이 되고, 최대 채널 크기를 사용하여 이용가능한 채널에 할당된다. 또다른 실시예에서, 선택된 단말은 여전히 단말들의 요구를 충족시키는 최소 크기를 사용하여 이용가능한 채널에 할당된다. 단계(840)에서, 선택된 단말은 (1)단말에 의해 요구되는 최대 레이트, (2)할당된 채널과 관련된 이용가능한 전송 전력 및 백오프 인자, 및 (3)단말의 요구들(예를 들면, 정지 특성)에 기초하여 결정된 특정 데이터 레이트로 할당된다.

단계(842)에서, 할당된 단말은 활성 단말들의 리스트로부터 삭제된다. 단계(844)에서, 활성 단말 리스트가 비어있는지의 여부가 결정된다. 만약, 상기 리스트가 비어있다면, 프로세스는 단계(836)으로 복귀하고, 리스트내에서 최상위 우선순위를 가지는 할당되지 않은 단말이 채널 할당을 위해 선택된다. 그렇지 않고 만약 모든 단말들이 할당된 채널들을 가지고 있다면, 프로세스는 종료한다.

일 실시예에서, 만약 채널 할당동안 연결이 존재하면(예를 들어, 다수의 단말들이 동일한 또는 유사한 채널 크기를 가지면), 채널들은 직접 할당되지 않는다. 대신에, 연결시 발생된 상기 채널들이 태그되고 다른 더 낮은 우선순위의 단말들의 추정이 계속된다. 만약 다음 단말이 태그된 채널들 중 임의의 하나와 관련하여 최대 크기를 가지면, 채널은 상기 단말에 할당되고 이용가능한 채널들의 리스트로부터 삭제될 수 있다. 특정 단말을 위해 태그된 채널들의 리스트가 한개의 채널까지 감소되면, 남아있는 채널은 상기채널로 태그된 최상위 우선순위의 단말에 할당된다.

만약 채널 할당들이 할당된 데이터 레이트를 위해 요구되는 마진 이상의 추가의 링크 마진을 가지는 단말에서 발생되면(즉, 할당된 채널을 통한 단말의 SNR이 세트포인트 이상이면), (1)단말의 데이터 레이트는 요구되는 성능 레벨을 만족시키는 레벨로 증가되거나, (2)전송 전력은 시스템내의 간섭을 줄이기 위한 링크 마진량까지 감소된다(예를 들면, 백오프 인자를 낮춤으로써,). 효율적인 링크 마진에 의해 지원되는 것과 같은 증가된 단말의 데이터 레이트는 단말 뿐만 아니라 시스템에 대한 스루풋을 증가시킨다. 따라서 전력 제어는 데이터 레이트의 조절 및/또는 상기 채널 할당에 기초하는 백오프 인자의 조절에 의해 각각의 스케줄링된 단말들에 대하여 효과적으로 적용될 수 있다.

만약 단말들이 원하는 데이터 레이트를 지원할 수 없는 채널에 할당되면, (1)단말은 감소된 데이터 레이트로 전송하도록 스케줄링될 수 있거나("감소(dimming)"), (2)단말에 대한 데이터 전송은 현재의 전송 간격동안 스킵될(skipped) 수 있으며("블랭킹(blanking)"), 상기 경우에, 채널은 또다른 활성 단말에서 사용가능하도록 구성될 수 있거나, 임의의 다른 동작이 수행될 수 있다. 감소되거나 블랭킹되는 단말들의 우선순위는 다음 전송 간격에서의 우선 고려를 위해 단말들의 기회들을 증가킬 때 증가될 수 있다.

청구 기반의 채널 할당 방식에서, 단말들의 청구 또는 페이로드 요구들은 이용가능한 시스템 자원들이 더 잘 사용될 수 있도록 채널 할당들을 수행할 때 고려된다. 이용가능한 채널들의 특정 세트에 대하여, 더 작은 페이로드 요구들(더 낮은 데이터 레이트로 만족될 수 있는)을 가지는 단말들은 다수의 이용가능한 채널들에 의해 서비스 될 수 있지만, 더 큰 페이로드 요구들(더 높은 데이터 레이트를 요구할 수 있는)은 감소된 수의 이용가능한 채널들에 의해 서비스될 수 있다.

청구 기반의 채널 할당 방식에 대한 흐름도는 도 8B에 도시된 우선순위 기반 채널 할당 방식에 대한 흐름도와 유사하게 실행될 수 있다. 일 실시예에서, 채널 할당을 위해 할당된 각각의 단말은 단말의 요구를 만족시키는 최하의 크기를 사용하여 이용가능한 채널에 할당된다. 또다른 실시예에서, 단말드의 우선순위는 더 큰 페이로드를이 할당을 위해 더 일찍 고려되도록 변경될 수 있다. 다수의 다른 변화들 또한 가능하며, 본 발명의 영역 내에 있다.

업그레이드 방식을 사용하는 채널 할당에서, 활성 단말들은 초기에 할당된 채널들(예를 들면, 전술된 바와 같은 우선순위들 또는 청구들에 기초하는)이며, 따라서 만약 이용가능하다면 더 양호한 채널들로 업그레이드 된다. 전술된 방식들의 특정 실시예들에서, 더 높은 우선순위의 단말들은 초기에 그들의 요구를 만족시키는 최저의 채널들에 할당될 수 있고 더 양호한 채널들은 그들이 요구되는 경우에 더 낮은 우선순위의 단말들을 위해 절약된다. 상기 방식들은 단일체에 가까운 더 큰 백오프 인자들과 관련된 연속적으로 더 양호한 채널들에 할당된 연속적으로 더 낮은 우선순위의 단말들을 발생할 수 있다.

만약 활성 단말들의 갯수가 이용가능한 채널들의 갯수보다 적으면, 더 양호한 채널들로 단말들을 업그레이드하는 것이 가능할 수 있다. 단말은 초기에 할당된 채널보다 더 높은 마진을 가지는 또다른 할당되지 않은 채널로 업그레이드될 수 있다. 단말을 업그레이드하는 이유는 전송을 지원하기 위해 요구되는 신뢰성 및/또는 더 낮은 유효 전송 전력을 증가시키기 위해서이다. 즉, 할당되지 않은 채널들의 갯수가 단말의 요구들을 만족시키기 때문에, 더 높은 마진을 가지는 채널들에 단말을 재할당하는 것은 마진의 양만큼 전송 전력을 감소시키는 것을 허용한다.

다양한 방식들이 채널들을 업그레이드하기 위해 사용될 수 있으며, 그중 몇몇은 하기에서 설명된다. 다른 채널 업그레이드 방식들이 수행될 수 있으며, 본 발명의 영역 내에 있다.

한가지 채널 업그레이드 방식에서, 단말들은 채널들이 단말들의 요구들을 만족시키고 더 큰 링크 마진들을 제공할 수 있으면 더 양호한 이용가능한 채널들에 할당된다. 채널 업그레이드는 더 높은 우선순위 단말이 먼저 업그레이드되고 더 낮은 우선순위의 단말들은 채널들이 이용가능하다면 나중에 업그레이드되도록 우선순위에 기초하여 수행될 수 있다. 상기 업그레이드 방식은 임의의 또른 모든 활성 단말들이 더 높은 링크 마진들을 가지는 양호한 채널들을 가지도록 한다.

도 8C는 단말들이 그들의 우선순위들에 기초하여 더 양호한 채널들로 업그레이되도록 하는 프로세스(850)의 일 실시예의 흐름도이다. 채널 업그레이드 프로세스를 시작하기 이전에, 활성 단말들은 그들의 초기 채널 할당들을 위해 할당되며, 도 8B에서 전술된 채널 할당 방식을 사용하여 수행될 수 있다. 단계(852)에서, 모든 이용가능한 채널들이 활성 단말들에 할당되었는지의 여부가 결정된다. 만약 모든 채널들이 할당되면, 업그레이드에 이용가능한 채널들은 전혀 존재하지 않고, 프로세스는 단계(870)으로 진행한다. 그렇지 않으면, 상기 채널들이 원래의 할당된 채널들보다 양호한 경우(즉, 더 높은 채널 크기들과 관련하여), 단말들이 이용가능한 채널들로 업그레이드된다.

단계(854)에서, 활성 단말들의 리스트로부터 최상위 우선순위의 단말은 가능한 채널 업그레이드를 위해 선택된다. 단계(856)에서, 선택된 단말에 대하여, 할당되지 않은 채널들의 리스트로부터 "최상의" 채널이 선택된다. 최상의 채널은 선택된 단말에 대하여 최대 채널 크기를 가지는 채널에 상응할 수 있다.

단계(858)에서, 업그레이드가 선택된 단말에 대해 가능한지의 여부가 결정된다. 만약 최상의 이용가능한 채널의 채널 크기가 선택된 단말에 원래 할당된 채널의 채널 크기보다 불량하다면, 업그레이드는 수행되지 않고, 프로세스는 단계(866)으로 진행한다. 그렇지 않으면, 단계(860)에서, 선택된 단말은 최상의 이용가능한 채널로 업그레이드되고 단계(862)에서, 상기 최상의 이용가능한 채널은 이용가능한 채널들의 리스트로부터 삭제된다. 단계(864)에서, 선택된 단말에 초기에 할당된 채널은 임의의 다른 더 낮은 우선순위의 단말로의 할당이 가능하기 위해 이용가능한 채널들의 리스트로 재배치될 수 있다. 단계(866)에서, 선택된 단말은 채널 업그레이드가 수행되었는지의 여부에 관계없이 그후에 활성 단말들의 리스트로부터 삭제된다.

단계(868)에서, 활성 단말들의 리스트가 비어있는지의 여부가 결정된다. 만약 단말 리스트가 비어있지 않으면, 프로세스는 단계(852)로 복귀하고 리스트내의 최상위 우선순위가 가능한 채널 업그레이드를 위해 선택된다. 그렇지 않으면, 만약 업그레이드를 위해 이용가능한 채널이 없거나 활성 단말들이 고려되었다면, 프로세스는 단계(870)로 진행하고 모든 채널들에 대한 백오프 인자들은 스케줄링되고 할당된 단말들의 전송 전력을 감소시키도록 조절된다. 프로세스는 그후에 종료한다.

도 8C의 업그레이드 프로세스는 개선된 성능을 제공할 수 있는 이용가능한 채널들로 활성 단말들을 효율적으로 업그레이드한다. 도 8C에 도시된 채널 업그레이드 방식은 개선된 채널 업그레이드들을 제공하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 특정 단말에 대하여, 더 낮은 우선순위의 단말들에 의해 자유로워진 채널은 상기 단말에 대하여 더 양호하도록 하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 단말은 더낮은 우선순위의 단말이 고려되는 시간에 이미 단말 리스트로부터 삭제되었기 때문에 상기 채널에 할당되지 않는다. 도 8C의 프로세스는 다수번 반복되고 다른 검사들은 상기 상황에 대한 평가에서 수행될 수 있다.

또다른 채널 업그레이드 방식에서, 할당된 단말은 이용가능한 채널들의 갯수에 의해 업그레이드된다. 예를 들어, 만약 3개의 채널들이 이용가능하면, 각각의 스케줄링되고 할당된 단말들은 3개의 슬롯들 만큼 이동한다. 상기 업그레이드 방식은 대부분(만약 전부가 아니면)의 단말들이 더 양호한 채널들을 가지도록 한다.

또다른 채널 할당 방식에서, 채널들과 관련된 채널 크기들간의 차이들은 채널 할당에서 고려될 수 있다. 임의의 경우들에서, 최상의 채널 크기를 가지는 채널에 최상위 우선순위 단말을 할당시키지 않는 것이 더 좋을 수 있다. 예를 들면, 다수의 단말들은 특정 단말에 대하여 거의 유사한 크기들과 관련될 수 있거나, 다수의 단말들은 요구된 SNR을 제공할 수 있다. 상기 경우들에서, 단말은 몇개의 채널들 중 하나에 할당될 수 있고, 적절히 제공될 수 있다. 만약 더 낮은 우선순위 터널이 최상의 채널로서 더 높은 우선순위 단말에 의해 선택된 동일한 채널을 가지며, 더 낮은 우선순위의 단말들의 최상 및 제 2의 최상 채널들간에 불균형이 심하며, 더 높은 우선순위 단말을 제 2 의 최상의 채널에 할당하고 더 낮은 우선순위의 단말을 최상의 채널에 할당하는 것이 최적일 수 있다.

또다른 채널 할당 방식에서, 최상위 우선순위 단말은 요구되는 성능(전술된 연결된 채널들의 태깅(tagging)과 유사한)을 제공하는 이용가능한 채널들을 태그한다. 더 낮은 우선순위의 단말은 자신이 용인가능한 채널들을 태그한다. 채널 할당은 더 낮은 우선순위의 단말들이 먼저 채널들에 할당되지만, 더 높은우선 순위의 단말들에 의해 요구되는 채널들은 보류되도록 수행된다.

또다른 채널 할당 방식에서, 채널들은 셀내의 활성 단말들의 그룹을 통해 채널 할당의 더 많은 횟수의 교환들을 고려함으로써 셀내의 활성 단말들에 최적으로 할당된다. 상기 경우에, 특정 단말에 대한 채널 할당 결정은 단말의 크기들과 우선순위에 기초하여 수행되지 않는다. 실행시, 단말의 우선순위는 셀내의 채널 할당들의 교환시 크기들을 스케일링하기 위해 사용되는 가중치들로 변환될 수 있다.

다른 인자들은 데이터 전송을 위한 단말들의 스케줄링 및 채널들의 할당시 고려될 수 있다. 먼저, 특정 단말은 상기 채널들이 이용가능하고, 하나의 채널이 단말의 요구들을 만족시킬 수 없으면 다수의 채널들에 할당될 수 있다. 두번째로, 특정 단말은 특정 경우들에서 간섭 평균을 제공할 수 있고 불리한 단말의 성능을 개선시킬 수 있는 "혼합(shuffling)" 효과를 제공하기 위해 서로다른 전송 간격들동안 서로다른 채널들에 할당될 수 있다. 셋째로, 특정 채널을 통해 전송하는 다른 단말들의 가능성이 고려된다. 만약 다수의 채널들이 점유 가능성들을 고려하지 않고 거의 동일한 채널 크기들을 갖는다면, 그후에 다른 셀들에서 사용되는 최하의 가능성을 가지는 채널이 할당될 수 있다. 네째로, 과도한 정지 가능성이 채널 할당들의 수행시 고려될 수 있다. 만약 특정 채널에 대한 단말의 예측된 정지 가능성이 과도하면, 상기 채널을 통한 전체 전송이 변조되고 재전송이 요구되는 것이 적당히 가능할 수 있고 채널 전체를 할당하지 않거나 채널을 더 양호하게 사용할 수 있는 또다른 단말에 채널을 할당하는 것이 더 좋을 수 있다.

이용가능한 채널들은 사용시 0 또는 그이상의 상태들 또는 제약들을 가지고 단말들에 할당될 수 있다. 상기 상태들은 예를 들면 (1)데이터 레이트를 통한 제한, (2)최대 전송 전력, (3)세트포인트에서의 제한 등등을 포함할 수 있다. 최대 전송 전력 제약들은 특정의 할당된 채널들에서 설정될 수 있다. 만약 시스템 내의 셀들이 다른 셀들내의 채널들에 대한 전력 제약들을 인식하고 있다면, 간섭 레벨은 더 높은 확실성을 사용하여 국부적으로 계산될 수 있고 더 양호한 계획 및 스케줄링이 가능할 수 있다.

특정 세트포인트는 예를 들면, 더 많이 로딩된 경우들에서 할당된 채널에 부과될 수 있다. (예를 들면, 낮은 우선순위의) 단말은 요구되는 최소 정지 가능성을 만족하지 않는 채널에 할당될 수 있다(즉, 할당된 채널은 요구되는 것보다 낮은 예측된 SNR을 갖는다). 상기 경우에, 단말은 요구된 성능 기준을 만족하는 더 낮은 세트포인트에서 할당된 채널들을 사용하여 동작하는 것이 요구될 수있다. 사용된 세트포인트는 시스템 로딩에 고정되거나 조절가능할 수 있다. 또한, 세트포인트는 채널 기준 당 한번씩 부과될 수 있다.

3. MIMO 시스템을 위한 다운링크 스케줄링

본 발명의 일 측면은 MIMO 시스템(예를 들면, 다중 액세스 셀룰러 시스템)의 다운링크 능력을 증가시키는 기술들을 제공한다. 데이터는 전술된 다수의 서로다른 동작 모드들 중 하나를 사용하여 기지국으로부터 하나 또는 다수의 단말들로 전송된다. 단일-사용자 MIMO 모드에서, 이용가능한 다운링크 자원들은 단일 MIMO 단말에 할당될 수 있다. 다수의 사용자 MIMO 모드(N-SIMO 모드라 참조되는)에서, 다운링크 자원들은 다수(N)의 개별 단말들에 할당될 수 있고, 각각의 단말은 단일 데이터 스트림을 복조한다. 합성된 모드에서, 다운링크 자원은 SIMO 및 MIMO 단말들의 조합에 할당될 수 있으며, 두가지 형태의 단말들 모두는 동일한 채널을 통해 동시에 지원된다.

MIMO를 사용하여, 다수의 독립적인 데이터 스트림들이 다수의 전송 안테나들을 통해 기지국으로부터 하나 또는 그이상의 스케줄링된 단말들로 전송될 수 있다. 만약 전파 환경이 충분이 분포되면, MIMO 수신기 처리 기술들은 전송 능력을 증가시키기 위해 MIMO 채널의 공간 차원을 효율적으로 이용하도록 단말들에서 사용된다. 단말의 원근으로부터, 동일한 수신기 처리 기술들이 상기 단말(예를 들면, 단일 MIMO 단말)을 위해 지정된 N_T개의 서로다른 신호들 또는 N_T개의 신호들(즉, SIMO 단말들) 중 오직 하나를 처리하기 위해 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 단말들은 셀내에서 랜덤하게 분포될 수 있거나 함께 위치될 수 있다. 무선 통신 시스템에 대하여, 링크 특성은 일반적으로 페이딩 및 다중 경로와 같은 다수의 인자들로 인해 시간을 통해 변화한다. 특정 순간에,N_T개의 전송 안테나들의 기지국의 어레이 및 단일 단말에 대한 N_R개의 수신 안테나들 간에 채널응답은 채널 응답 매트릭스 에 의해 특징지어질 수 있으며, 그 엘리먼트들은 다음과 같이 독립적인 가우시안 랜덤 변수들로 구성된다:

상기 h_i,j는 기지국의 j번째 전송 안테나와 단말의 i번째 수신 안테나 사이의 결합(즉, (i,j) 전송-수신 안테나 쌍)이다. 명확성을 위해, 수식(68)은 편평한 페이딩 채널 모델(즉, 전체 시스템 대역폭에 대하여 하나의 복소값)에 기초하는 채널 특성을 설명한다. 실제 동작 환경에서, 채널은 주파수 선택적일 수 있고 더 상세한 채널 특성이 사용될 수 있다(예를 들면, 매트릭스 는 서로다른 주파수 부채널들 또는 시간 지연들에 대한 값들의 세트를 포함할 수 있다).

MIMO 시스템의 활성 단말들(즉, 다가오는 전송간격으로 데이터를 전송하기를 원하는 단말들)은 각각의 전송-수신 안테나쌍에 대한 채널응답을 주기적으로 추정하고 추정된 채널응답을 나타내는 CSI을 기지국에 보고한다. 그 다음에, 활성 단말들의 집합으로부터 수신된 총 CSI는 (1) 데이터 전송을 위한 하나 이상의 단말들의 최상세트를 선택하고, (2) 이용가능한 전송 안테나들을 선택된 단말들에 할당하고, (3) 각각의 전송 안테나에 적합한 코딩 및 변조방식을 선택하기 위하여 사용될 수 있다. 이용가능한 CSI에서, 다양한 스케줄링 방식들은 단말들의 특정 결합 및 안테나 할당들이 임의의 시스템 제약들 및 요건들에 영향을 받는 최상의 시스템 성능(예컨대, 최상의 스루픗)을 제공하는지를 평가함으로서 다운링크 성능을 최대화하도록 설계될 수 있다. 개별 활성 단말들(즉, 이들의 채널 추정치들)의 공간(및 가능하면 주파수) 시그너처들(signatures)을 이용함으로서, 평균 다운링크 스루풋이 증가될 수 있다.

단순화를 위하여, 다양한 다운링크 스케줄링 방식들은 하나의 독립 데이터 스트림이 각각의 전송 안테나로부터 기지국에 의하여 전송될 수 있는 OFDM없이 MIMO 시스템을 위하여 이하에서 기술된다. 이러한 경우에, N_T(까지) 독립 데이터 스트림들은 N_T 전송 안테나들로부터 기지국에 의하여 동시에 전송되어 하나 이상의 단말들로 도달될 수 있으며, 각각의 단말들은 N_R 수신 안테나들(즉, N_T×N_R MIMO)를 갖추고 있으며 N_R≥N_T이다.

단순화를 위하여, 수신 안테나들의 수는 이하의 대부분의 설명에서 전송 안테나(즉, N_R=N_T)의 수와 동일한 것으로 가정된다. 이는 N_R≥N_T인 경우에 모든 분석이 적용되기 때문에 필수적인 상태가 아니다.

MIMO 시스템에서 다운링크을 통해 데이터를 전송하기 위한 스케줄링은 두 부분들, 즉 (1) 평가를 위한 하나 이상의 단말 세트의 선택, 및 (2) 선택된 단말들에 이용가능한 전송 안테나들의 할당을 포함한다. 모든 또는 단지 하나의 활성 단말들의 부세트는 스케줄링을 위하여 고려될 수 있으며, 이들 단말들은 평가될 하나 이상의 세트들(즉, 가설들)을 형성하기 위하여 결합될 수있다. 각각의 가설에 대하여, 이용가능한 전송 안테나들은 다수의 안테나 할당 방식들중 임의의 방식에 기초하여 가설들에서 단말들에 할당될 수 있다. 최상의 가설의 단말들은 다가오는 전송 간격으로 데이터를 전송하기 위하여 스케줄링될 수 있다. 데이터를 전송하기 위한 단말들의 최상 세트를 선택하고 선택된 단말들에 전송 안테나들을 할당할때의 융통성은 스케줄러로 하여금 다중 사용자 다이버시티 환경을 이용함으로서 성능을 최적화하도록 한다.

단말들 세트로의 "최적" 전송을 결정하기 위하여, SNR들 또는 임의의 다른 충분한 통계들은 각각의 단말 및 각각의 공간 부채널에 대하여 제공된다. 만일 통계가 SNR이면, 다가오는 전송간격으로 데이터를 전송하기 위하여 평가될 각각의 단말들 세트에 대하여, 상기 단말에 대한 사전 처리된 SNR들의 가설 매트릭스 는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서 는 j번째 전송 안테나로부터 i번째 단말로 전송된 데이터 스트림(가설적으로)에 대한 사전 처리된 SNR이다.

다중 사용자 MIMO 모드에서, 가설 매트릭스 에서 N_T 행들은 N_T 다른 단말들에 대한 SNR들의 N_T 벡터들에 대응한다. 이러한 모드에서, 가설 매트릭스 의 각 행은 하나의 단말에 각 전송 데이터 스트림의 SNR를 제공한다. 그리고, 혼합 모드에서, 두개 이상의 데이터 스트림들을 수신하도록 설계된 특정 MIMO 단말에 대하여, SNR들의 단말의 벡터는 벡터가 단말로 전송될 데이터 스트림들의 수만큼 많은 행들(즉, 데이터 스트림당 하나의 행)에 나타나도록 복제될 수있다. 선택적으로, 가설 매트릭스 에서 하나의 행은 각각의 SIMO 또는 MIMO 단말에 대하여 사용될 수 있으며, 스케줄러는 다른 형태의 단말들을 마크 및 평가하도록 설계될 수 있다.

평가될 세트의 각 단말에 대하여, N_T(가설적으로) 전송된 데이터 스트림들은 단말들의 N_R 수신 안테나들에 의하여 수신되며, N_R 수신된 신호들은 N_T 전송된 데이터 스트림들을 분리하기 위하여 공간 또는 공간-시간 처리를 사용하여 처리될 수 있다. 사전 처리된 데이터 스트림의 SNR(즉, 공간-시간 처리후)은 추정될 수 있으며 데이터 스트림에 대하여 사전처리된 SNR을 포함한다. 각각의 단말에 대하여, N_T 사전처리된 SNR들의 세트는 단말에 의하여 수신될 수 있는 N_T 데이터 스트림들을 위하여 제공될 수 있다.

만일 연속적인 제거 수신기 처리 기술이 수신된 신호들을 처리하기 위하여 단말에서 사용되면, 각각의 전송된 데이터 스트림에 대하여 단말에서 수행된 사전 처리된 SNR은 앞서 기술된 바와같이 전송된 데이터 스트림들이 전송된 데이터를 복원하기 위하여 검출(즉, 복조 및 디코딩)될 수 있는 순서에 따른다. 이러한 경우에, SNR들의 다수의 세트들은 다수의 가능한 검출 오더링을 위하여 각각의 단말에 제공될 수 있다. 그 다음에, 다중 가설 매트릭스들은 형성되어, 단말들 및 검출 오더링의 특정 결합이 최상의 시스템 성능을 제공하는지를 결정하기 위하여 평가될 수 있다.

임의의 경우에, 각각의 가설 매트릭스 는 평가될 하나 이상의 단말들의 특정 세트(즉, 가설)에 대한 사전 처리된 SNR들을 포함한다. 이들 사전 처리된 SNR들은 단말들에 의하여 실행가능한 SNR들을 나타내며 가설을 평가하기 위하여 사용된다.

도 9A는 MIMO 시스템에서 다운링크를 통해 데이터를 전송하기 위한 단말들을 스케줄링하기 위하여 프로세스(900)의 실시예에 대한 흐름도이다. 초기에, 데이터 전송을 위한 최상의 단말들 세트를 선택하기 위하여 사용될 매트릭스는 단계(912)에서 초기화된다. 다양한 성능 매트릭스들은 단말 세트들을 평가하기 위하여 사용될 수 있으며, 이들중 일부는 이하에서 상세히 설명된다. 예컨대, 시스템 스루풋을 최대화하는 성능 매트릭스가 사용될 수 있다.

그 다음에, 하나 이상의 활성 단말들의 (새로운) 세트는 단계(914)에서 스케줄링을 위하여 고려된 모든 활성 단말들중에서 선택된다. 이러한 단말들 세트는 평가될 가설을 형성한다. 다양한 기술들은 스케줄링을 위하여 고려될 활성 단말들의 수를 제한하기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 이하에 기술된 바와같이 평가될 가술들의 수를 감소시킨다. 가설내의 각 단말에 대하여, SNR 벡터(예컨대, )는 단계(916)에서 검색된다. 가설의 모든 단말들에 대한 SNR 벡터들은 수식(69)에 기술된 가설 매트릭스 를 형성한다.

N_T 전송 안테나들 및 N_T 단말들의 각 가설 매트릭스 에는 단말들에 대한 전송 안테나들의 할당들의 N_T 계승 가능한 결합들(즉, 부가설들)이 존재한다. 따라서, 안테나/단말 할당들의 특정 (새로운) 결합은 단계(918)에서 평가를 위하여 선택된다. 이러한 안테나/단말 할당들의 특정 결합은 평가될 부가설을 형성한다.

그 다음에, 부가설은 평가되며, 부가설에 대응하는 성능 매트릭스(예컨대 시스템 스루풋)는 단계(920)에서 (예컨대 부가설에 대한 SNR에 기초하여) 결정된다. 그 다음에, 이러한 성능 매트릭스는 단계(922)에서 현재의 최상의 부가설에 대응하는 성능 매트릭스를 업데이트하기 위하여 사용된다. 특히, 만일 상기 부가설에 대한 성능 매트릭스가 현재의 최상 부가설의 성능 매트릭스보다 양호하면, 이러한 부가설은 새로운 최상의 부가설이 되며, 상기 부가설에 대응하는 성능 매트릭스 및 다른 단말 매트릭스가 절약된다. 성능 및 단말 매트릭스는 이하에 기술된다.

그 다음에, 단계(924)에서 현재의 가설에 대한 모든 부가설들이 평가되었는지에 대한 결정이 이루어진다. 만일 모든 부가설들이 평가되었다면, 프로세스는 단계(918)로 리턴하며, 안테나/단말 할당들의 다른 그리고 아직 평가되지 않은 결합은 평가를 위하여 선택된다. 단계들(918 내지 924)은 평가될 각각의 부가설에 대하여 반복된다.

만일 특정 가설에 대한 모든 부가설들이 단계(924)에서 평가되었다면, 모든 가설들이 단계(926)에서 고려되었는지에 대한 결정이 이루어진다. 만일 모든 가설들이 고려되지 않았다면, 프로세스는 단계(914)로 리턴하며, 다른 그리고 아직 고려되지 않은 단말들의 세트가 평가를 위하여 선택된다. 단계들(914 내지 926)은 고려될 각각의 가설에 대하여 반복된다.

만일 모든 가설이 단계(926)에서 고려되었다면, 다가오는 전송 간격으로 데이터를 전송하기 위하여 스케줄링된 단말들 및 할당된 전송 안테나들의 특정 세트가 공지된다. 단말들 및 이들의 안테나 할당들의 세트에 대응하는 사전 처리된 SNR들은 단말들에 전송될 데이터 스트림들에 적합한 코딩 및 변조방식들을 선택하기 위하여 사용될 수 있다. 스케줄, 안테나 할당들, 코딩 및 변조 방식들, 다른 정보 또는 이들의 임의의 결합은 단계(928)에서 스케줄링된 단말들(예컨대, 제어채널을 통해)에 전송될 수 있다. 선택적으로, 단말들은 "블라인드(blind)" 검출을 수행할 수 있으며, 데이터 스트림들중 일부가 그들을 위하여 의도되었는지의 여부를 결정하기 위하여 모든 전송된 데이터 스트림들의 검출을 시도한다.

만일 스케줄링 방식이 유지될 다른 시스템 및 단말 매트릭스(예컨대, 이전 K 전송간격들에 대한 평균 데이터 레이트, 데이터 전송을 위한 대기시간 등)를 필요로하면, 이들 매트릭스들은 단계(30)에서 업데이트된다. 단말 매트릭스들은 개별 단말들의 성능을 평가하기 위하여 사용될 수 있으며 이하에 기술된다. 스케줄링은 전형적으로 각각의 전송 간격에 대하여 수행된다.

주어진 가설 매트릭스 에 대하여, 스케줄러는 가설에 대한 최상의 할당을 결정하기 위하여 전송 안테나 및 단말 쌍의 다양한 결합들(즉, 부가설들)을 평가한다. 다양한 할당 방식들은 공정성들, 성능 등과 같은 다양한 시스템 목표들을 달성하기 위하여 단말들에 전송 안테나들을 할당하는데 사용될 수 있다.

한 안테나 할당 방식에서, 모든 가능한 부가설들은 특정 성능 매트릭스에 기초하여 평가되며, 최상의 성능 매트릭스를 가진 부가설이 선택된다. 각각의 가설 매트릭스 에 대해서는 평가될 수 있는 N 계승 (즉, N_T!) 가능한 부가설들이 존재한다. 각각의 부가설은 특정 터미널로의 각각의 전송 안테나의 특정 할당에 대응한다. 따라서, 각각의 부가설은 다음과 같이 표현될 수 있는 사전 처리된 SNR들의 벡터로 표현될 수 있다.

여기서, 는 i번째 단말에 대한 j번째 전송 안테나의 사전 처리된 SNR이며, 부스트립들{a, b,..., r)은 부가설에 대한 전송안테나/단말쌍에서 특정 단말들을 식별한다.

각각의 부가설은 다양한 인자들의 함수일 수 있는 성능 매트릭스 R_sub-hyp와 추가로 연관될 수 있다. 예컨대, 사전 처리된 SNR들에 기초한 성능 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다.

는 괄호내의 독립변수(들)의 특정 양의 실수함수이다.

다양한 함수들은 성능 매트릭스를 공식화하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 부가설의 모든 N_T 전송 안테나들에 대하여 이용가능한 스루풋의 함수는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, r_j는 부가설에서 j번째 전송 안테나와 연관된 스루풋이며, 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, c_j는 j번째 전송 안테나를 통해 전송된 데이터 스트림에 대하여 선택된 코딩 및 변조방식에 의하여 실행되는 이론적 능력의 부분을 반영한 양의 상수이다.

도 9A에 도시되고 앞서 기술된 제 1 안테나 할당방식은 단말들로의 전송 안테나들의 할당에 대한 모든 가능한 결합들을 평가하는 특정 방식을 나타낸다. 각 가설에 대하여 스케줄러에 의하여 평가될 잠재적인 부가설들의 총 수는 N_T!이며, 이는 많은 수의 가설이 평가될 필요가 있는 것을 주로 고려한다. 제 1 스케줄링 방식은 "최적" 시스템 성능을 제공하는 부가설을 결정하기 위하여 배타적인 탐색을 수행하며, 이는 최상의 부가설을 선택하기 위하여 사용된 성능 매트릭스에 의하여 양이 결정된다.

전송 안테나를 할당하기 위한 처리의 복잡성을 감소시키기 위하여 다수의 기술들이 사용될 수 있다. 이들 기술중 한 기술은 이하에 기술되며, 다른 기술들은 본 발명의 범위내에서 실행될 수 있다. 이들 기술들은 단말들로 전송 안테나들을 할당하는데 필요한 처리량을 감소시키면서 높은 시스템 성능을 제공할 수 있다.

제 2 안테나 할당 방식에서, 최대-최소("max-max") 기준은 평가된 가설의 단말들에 전송 안테나들을 할당하기 위하여 사용된다. 이들 max-max 기준을 사용하여, 각각의 전송 안테나는 전송 안테나에 대한 최상의 SNR을 달성하는 특정 단말에 할당된다. 안테나 할당은 하나의 전송 안테나에 대하여 동시에 수행된다.

도 9B는 max-max 기준을 사용하여 전송 안테나들을 단말들에 할당하기 위한 처리(940)의 실시예에 대한 흐름도이다. 도 9B에 기술된 처리는 하나 이상의 단말들의 특정 세트에 대응하는 특정 가설에 대하여 수행된다. 초기에, 가설 매트릭스 의 최대 사전 처리된 SNR은 단계(942)에서 결정된다. 이러한 최대 SNR은 특정 전송 안테나/단말 쌍에 대응하며, 전송 안테나는 단계(944)에서 상기 단말에 할당된다. 이러한 전송 안테나 및 단말은 매트릭스 로부터 제거되며, 매트릭스는 단계(946)에서 방금 할당된 단말에 대응하는 행 및 전송 안테나에 대응하는 열 둘다를 제거함으로서 크기 로 감소된다.

단계(948)에서는 가설의 모든 전송 안테나들이 할당되었는지의 여부에 관한 결정이 이루어진다. 만일 모든 전송 안테나가 할당되었다면, 안테나 할당들은 단계(950)에서 제공되고, 프로세스는 종료한다. 다른 방식으로, 프로세스는 단계(942)로 리턴하며, 다른 전송 안테나는 유사한 방식으로 할당된다.

일단 안테나 할당들이 주어진 가설 매트릭스 에 대하여 만들어지면, 상기 가설에 대응하는 성능 매트릭스(예컨대, 시스템 스루풋)는 수식(70) 및 (71)에 기술된 바와같이 결정될 수 있다(예컨대, 안테나 할당들에 대응하는 SNR들에 기초하여). 이러한 성능 매트릭스는 각각의 가설에 대하여 업데이트된다. 모든 가설이 평가되었을때, 단말들 및 안테나 할당들의 최상 세트는 다가오는 전송 간격으로 데이터를 전송하기 위하여 선택된다.

표 5는 기지국이 4개의 전송 안테나를 포함하고 각각의 단말이 4개의 수신 안테나들을 포함하는 4x4 MIMO 시스템에서 단말들에 의하여 유도된 사전 처리된 SNR들의 예시적인 매트릭스 를 도시한다. max-max 기준에 기초한 안테나 할당 방식에서, 오리지날 매트릭스에서 최상의 SNR(16dB)은 전송 안테나(3)에 의하여 달성되며, 제 4열중 제 3행에서 음영된 박스로 표시된 바와같이 단말(1)에 할당된다. 그 다음에, 전송 안테나(3) 및 단말(1)은 매트릭스로부터 제거된다. 감소된 3x3 매트릭스에서 최상의 SNR(13dB)은 단말들(3,2)에 각각 할당되는 전송 안테나들(1,4)에 의하여 달성된다. 그 다음에, 나머지 전송 안테나(2)는 단말(4)에 할당된다.

도 9A 및 도 9B에 기술된 스케줄링 방식은 다가오는 전송 간격으로 데이터를 전송하기를 원하는 활성 단말들의 다양한 가능 세트들에 대응하는 다양한 가설을 평가하는 특정 방식을 나타낸다. 스케줄러에 의하여 평가될 가설들의 총 수는 활성 단말들의 수가 적을지라도 매우 많을 수 있다. 사실상, 가설들의 총 수 N_hyp는 다음과 같이 표현될 수 있다.

N_U는 스케줄링을 위하여 고려될 활성 단말들의 수이다. 예컨대, 만일 N_U=8이고 N_T =4이면, N_hyp=70이다. 예시적인 탐색은 최적 시스템 성능을 제공하는 특정 가설(및 특정 안테나 할당들)을 결정하기 위하여 사용될 수 있으며, 이는 최상의 가설 및 안테나 할당들을 선택하기 위하여 사용된 성능 매트릭스에 의하여 크기가 결정된다.

복잡성이 감소된 다른 스케줄링 방식들이 본 발명의 범위내에서 실행될 수 있다. 이와같은 스케줄링 방식들중 한 스케줄링 방식은 이하에 기술된다. 이들 방식들은 데이터 전송을 위한 단말들을 스케줄링하는데 필요한 처리량을 감소시키면서 높은 시스템 성능을 제공할 수 있다.

다른 스케줄링 방식에서, 활성 단말들은 그들의 우선순위들에 기초하여 데이터 전송을 위하여 스케줄링된다. 각각의 단말의 우선순위는 앞서 기술된 바와같이 하나 이상의 매트릭스들(예컨대, 평균 스루풋), 시스템 제약들, 요건들(예컨대, 최대 지연시간), 다른 인자들 또는 이들의 결합에 기초하여 유도될 수 있다. 다가오는 전송간격으로 데이터를 전송하기를 원하는 모든 활성 단말들에 대한 리스트가 유지될 수 있다. 한 단말이 데이터 전송을 원할때, 이 단말은 릿트에 추가되며 이의 매트릭스는 초기화된다(예컨대, 0). 리스트내의 각 단말의 매트릭스는 각 전송 간격에 대항 업데이트된다. 일단 하나의 단말이 데이터 전송을 더이상 원하지 않을때, 이 단말은 리스트에서 제거된다.

각각의 프레임에 대하여, 리스트에 있는 단말들의 모든 또는 부세트는 스케줄링을 위하여 고려될 수 있다. 고려될 특정 수의 단말들은 다양한 인자들에 기초할 수 있다. 일 실시예에서, 단지 N_T 가장 높은 우선순위 단말들이 데이터 전송을 위하여 선택된다. 다른 실시예에서, 리스트에서 가장 높은 N_X 우선순위 단말들은 스케줄링을 위하여 고려되며, 여기서 N_X＞N_T이다.

도 9는 우선순위 기반 스케줄링 방식에 대한 프로세스(960)의 일 실시예에 대한 흐름도이며, 이에 따라 N_T 가장높은 우선순위 단말들의 세트는 스케줄링을 위하여 고려된다. 이러한 전송간격에서, 스케줄러는 단계(962)에서 리스트에서 모든 활성 단말들에 대한 우선순위를 검사하며 N_T 가장 높은 우선순위 단말들의 세트를 선택한다. 리스트내의 나머지 단말들은 스케줄링을 위하여 고려되지 않는다. 각각의 선택된 단말에 대한 채널 추정치들은 단계(964)에서 검색된다. 예컨대, 선택된 단말들에 대한 사전 처리된 SNR들은 검색된후 가설 매트릭스 를 형성하기 위하여 사용될 수 있다.

그 다음에, N_T 전송 안테나들은, 단계(966)에서, 채널 추정치들에 기초하여 그리고 다수의 안테나 할당 방식들중 한 방식을 사용하여 선택된 단말들에 할당된다. 예컨대, 안테나 할당들은 앞서 기술된 max-max 기준 또는 과도한 탐색에 기초할 수 있다. 다른 안테나 할당방식에서, 전송 안테나들은 단말 매트릭스가 업데이트된후에 전송 안테나들의 우선순위들이 가능한한 근접하게 정규화되도록 단말들에 할당된다.

단말들에 대한 데이터 레이트들 및 코딩 및 변조 방식들은 단계(968)에서 안테나 할당들에 기초하여 결정된다. 스케줄 및 데이터 레이트들은 스케줄링된 단말들에 보고될 수 있다. 리스트에서 스케줄링된(및 스케줄링되지 않은) 단말들의 매트릭스는 스케줄링된 데이터 전송을 반영하기 위하여 업데이트되며, 시스템 매트릭스는 단계(970)에서 업데이트된다.

MIMO 시스템에 대한 다운링크 스케줄링은 "다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 다운링크 자원들을 할당하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭으로 2001년 5월 16일에 출원된 미국출원번호 09/859,345에 더 상세히 개시되어 있으며, 이 출원은 본 발명의 양수인에에 양도되었으며 여기에 참조문헌으로서 통합된다.

4. MIMO 시스템에 대한 업링크 스케줄링

본 발명의 일 특징은 MIMO 시스템의 업링크 용량을 증가시키는 기술들을 제공한다. 스케줄링 방식들은 단일 안테나를 사용하는 SIMO 단말들 및/또는 다중 안테나들을 사용하는 MIMO 단말들로부터의 업링크 데이터 전송들을 스케줄링하기 위하여 제공된다. 단말들의 양 형태는 동일한 채널을 통해 동시에 지원될 수있다. MIMO 수신기 처리 기술들은 SIMO 및 MIMO 단말들의 임의의 결합으로부터 전송된 신호들을 처리하기 위하여 사용될 수 있다. 기지국의 시야로부터, 다른 SIMO 단말들의 각각으로부터 하나의 신호를 처리하는 단일 MIMO 단말로부터 N 다른 신호들을 처리할때 식별가능한 차이가 존재하지 않는다.

단순화를 위하여, 셀내의 각각의 단말은 단일 안테나를 갖추고 있는 것으로 가정된다. 특정 시간에, 각각의 단말의 안테나 및 N_R의 기지국의 어레이간의 채널응답은 벡터 에 의하여 특징되며, 이 벡터의 엘리먼트들은 다음과 같이 독립 가우시안 랜덤 변수들로 구성된다.

는 기지국에서 j번째 단말로부터 i번째 수신 안테나로의 채널 응답 추정이다.

또한 단순화를 위하여, 신호가 기지국에서 처리된후에 각 단말로부터의 평균 수신전력이 공통 세트포인트 를 달성하기 위하여 정규화되는 것이 가정된다. 공통 세트포인트는 각각의 전송단말의 전력전력을 조절하는(기지국으로부터의 전력 제어명령들에 기초하여) 폐쇄루프 전력제어 메커니즘에 의하여 달성될 수 있다. 선택적으로, 고유 세트포인트는 각각의 단말을 위하여 사용될 수 있으며, 여기에 기술된 기술들은 이의 동작모드를 커버하기 위하여 발생될 수 있다. 또한, 다른 단말들로부터의 동시전송이 동기화되어 전송들이 미리 결정된 시간 윈도우내에서 기지국에 도달하는 것이 가정된다.

기지국은 활성 단말들에 대한 채널 응답을 주기적으로 추정한다. 이용가능한 채널 추정치들에 기초하여, 다양한 스케줄링 방식들은 그들이 동시전송을 허용하도록 이용가능한 채널들을 스케줄링하고 단말들에 할당함으로서 업링크 스루풋을 최대화하도록 설계될 수 있다. 스케줄러는 단말들의 특정 결합이 임의의 시스템 제약들 및 요건들에 영향을 받는 최상의 시스템 성능(예컨대, 가장 높은 스루풋)을 제공하는지를 평가한다. 개별 단말들의 공간(및 가능한 주파수) 시그너처들을 이용함으로서, 평균 링크 스루풋은 단일 단말로 실행되는 스루풋에 비하여 증가될 수 있다. 게다가, 다중 사용자 다이버시티를 사용함으로서, 스케줄러는 동일한 채널을 통해 동시에 전송하도록 허용될 수 있는 "상호 호환가능한" 단말들의 결합을 찾을 수 있으며, 이에 다라 다중 사용자들에 대한 단일 사용자 스케줄링 또는 랜덤 스케줄링에 비하여 시스템 용량을 증대시킨다.

업링크 스케줄링 방식들은 시스템 제약들 및 요건들을에 따르도록 하면서 시스템 성능이 최대화되도록 이용가능한 전송 채널들을 통해 동시 전송을 하는 단말들의 최상의 결합을 선택하도록 설계된다. 만일 N_T 단말이 전송을 위하여 선택되고 각각의 단말이 하나의 안테나를 사용하면, 단말들의 선택된 세트에 대응하는 채널 응답 매트릭스 는 다음과 같이 표현될 수 있다.

일 실시예에서, 연속 제거 수신기 처리 기술은 단말들로부터 전송들을 수신 및 처리하기 위하여 기지국에서 사용될 수 있다. 이러한 수신기 처리 기술을 사용하여 수신된 신호들을 처리할때, 각각의 전송 단말과 연관된 SNR은 단말들이 기지국에서 처리되는 특정 순서의 함수이다. 업링크 스케줄링 방식들은 데이터 전송의 단말들 세트를 선택할때를 고려한다.

도 10A는 업링크를 통해 전송하는 단말들을 스케줄링하기 위하여 프로세스(1000)의 실시예에 대한 흐름도이다. 초기에, 전송을 위한 최상의 단말들 세트를 선택하기 위하여 사용될 매트릭스는 단계(1012)에서 초기화된다. 다양한 성능 매트릭스는 앞서 기술된 바와같이 단말 선택들을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.

할성 단말들의 (새로운) 세트는 단계(1014)에서 다가오는 전송 간격으로 데이터를 전송하기를 원하는 모든 활성 단말들로부터 선택된다. 다양한 기술들이 앞서 기술된 바와같이 스케줄링을 위하여 고려될 활성 단말들의 수를 제한하기 위하여 사용될 수 있다. 선택된 단말들(예컨대, )의 특정 세트는 평가될 가설을 형성한다. 세트에서 각각의 선택된 단말 u_j에 대하여, 채널 추정치들 벡터 은 단계(1016)에서 검색된다.

연속적인 제거 수신기 처리 기술이 기지국에서 사용될때, 단말들이 처리되는 순서는 그들의 성능에 직접 영향을 준다. 따라서, 특정 (새로운) 순서는 단계(1018)에서 세트의 단말들을 처리하기 위하여 선택된다. 이러한 특정 순서는 평가될 부가설을 형성한다.

그 다음에, 단계(1020), 부가설이 평가되고 부가설에 대한 단말 매트릭스가 제공된다. 단말 매트릭스는 세트내의 단말들로부터 가설적으로 전송된 신호들에 대한 사전 처리된 SNR들일 수 있다. 단계(1020)는 앞서 설명된 연속 제거 수신기 처리 기술에 기초하여 실행될 수 있다. 이러한 부가설에 대응하는 성능 매트릭스(예컨대, 시스템 스루풋)는 단계(1022)에서 결정된다(예컨대 단말들에 대한 사전 처리된 SNR들에 기초하여). 이러한 성능 매트릭스는 단계(1022)에서 현재의 최상의 부가설에 대응하는 성능 매트릭스를 업데이트하기 위하여 사용된다. 특히, 만일 이러한 부가설에 대한 성능 매트릭스가 현재의 최상의 부가설의 성능 매트릭스보다 양호하면, 상기 부가설은 새로운 최상의 가설 및 성능이되며, 상기 부가설에 대응하는 단말 매트릭스는 절약된다.

그 다음에, 현재의 가설에 대한 모든 부가설이 단계(10240에서 평가되었는지의 여부에 관한 결정이 이루어진다. 만일 모든 부가설들이 평가되지 않았다면, 프로세스는 단계(1018)로 계속되며, 세트내의 단말들에 대한 다른 그리고 아직 평가되지 않은 순서는 평가를 위하여 선택된다. 단계들(1018 내지 1024)은 평가될 각각의 부가설을 위하여 반복된다.

만일 특정 가설에 대한 모든 부가설이 단계(1024)에서 평가되었다면, 모든 가설이 단계(1026)에서 고려되었는지에 관한 결정이 이루어진다. 만일 모든 가설이 고려되지 않았다면, 프로세스는 단계(1014)로 리턴하며, 다른 그리고 아직 처리되지 않은 단말들 세트는 평가를 위하여 선택된다. 단계들(1014 내지 1026)은 고려될 각각의 가설에 대하여 반복된다.

만일 활성 단말들에 대한 모든 가설이 단계(1026)에서 고려되었다면, 최상의 부가설에 대한 결과치들이 절약되며, 최상의 부가설내의 단말들의 데이터 레이트들이 결정되며(예컨대 그들의 SNR들에 기초하여), 스케줄 및 데이터 레이트들은 단계(1028)에서 스케줄링된 전송 간격전에 단말들에 통신된다. 만일 스케줄 방식이 다른 시스템 및 평가될 단말 매트릭스(예컨대 이전 K 전송 간격들에 대한 평균 데이터 레이트, 데이터 전송을 위한 지연시간 등)를 필요로하면, 이들 매트릭스는 단계(1030)에서 업데이트된다. 단말 매트릭스는 개별 단말들의 성능을 평가하기 위하여 사용될 수 있다.

단계(1020)에서 부가설의 평가는 만일 상기 기술이 기지국에서 사용된다면 도 5에 기술된 연속 제거 수신기 처리 기술에 기초하여 수행될 수 있다. 이러한 수신기 처리 기술에서, 전송된 신호들이 처리되는 특정 순서는 결과에 영향을 미친다. 따라서, 상기 수신기 처리 기술을 사용하면, 평가될 N_T 단말들의 각각의 가설에 대하여 가설에 대한 N_T 계승 부가설에 대응하는 N_T 계승 가능한 순서(예컨대, N₄ =4인 경우에 N_T!=24)가 존재한다. 각각의 부가설은 단말들의 특정 순서 세트 에 대응하며, 연속 제어 수신기 처리는 미리 결정된 순서로 단말들을 처리한다(즉, 먼저 단말 u_a를 처리한후 단말 u_b를 처리하는 등).

각각의 부가설에 대하여, 연속적인 제거 수신기 처리는 다음과 같이 표현될 수 있는 단말들의 사전 처리된 신호들에 대한 SNR들의 세트를 제공한다.

여기서, 는 부가설에서 j번째 단말에 대한 수신기 처리후 SNR이다.

각각의 부가설은 다양한 인자들의 함수일 수 있는 성능 매트릭스 R_hyp,_order와 연관된다. 예컨대, 단말들의 SNR들에 기초한 성능 매트릭스는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서, 는 괄호내의 독립변수들에 대한 특정 양의 실수함수이다.

다양한 함수들은 성능 매트릭스를 공식화하기 위하여 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 수식들(70, 71)에 기술된 바와같이 표현될 수 있는, 부가설의 모든 N_T 단말들에 대한 실현가능한 스루풋들의 함수가 사용될 수 있다.

평가될 각각의 부가설에 대하여, 연속 제거 수신기 처리에 의하여 제공된 SNR들의 세트는 예컨대 수식(70) 및 (71)에 기술된 바와같이 부가설에 대한 성능 매트릭스을 유도하기 위하여 사용될 수 있다. 각각의 부가설에 대하여 계산된 성능 매트릭스는 현재의 최상 부가설의 성능 매트릭스와 비교된다. 만일 현재 부가설에 대한 성능 매트릭스가 양호하면, 부가설 및 연관된 성능 매트릭스 및 SNR들은 새로운 최상의 부가설에 대한 매트릭스로서 저장된다.

일단 모든 가설이 평가되었다면, 최상의 부가설이 선택되며, 단말들은 다가오는 전송간격으로 전송하기 위하여 스케줄링된다. 최상의 부가설은 단말들의 특정 세트와 연관된다. 만일 연속적인 제거 수신기 처리가 기지국에서 사용되면, 최상의 부가설은 기지국에서 특정 수신기 처리 순서와 연관된다. 임의의 경우에, 부가설은 선택된 처리순서에 기초하여 결정될 수 있는 단말들에 대한 실현가능한 SNR들과 연관된다.

그 다음에, 단말들에 대한 데이터 레이트들은 수식(71)에 기술된 바와같이 실현된 SNR들에 기초하여 계산될 수 있다. 부분 CSI(데이터 레이트들 또는 SNR들을 포함할 수 있음)은 적정 성능레벨을 달성하도록 데이터 처리를 조절(즉, 적응)하기 위하여 부분 CSI를 사용하는 스케줄링 단말들에 보고될 수 있다.

도 10A에 기술된 업링크 스케줄링 방식은 다가오는 전송간격으로 데이터 전송을 원하는 활성단말들의 각각의 가능한 세트에 대한 모든 가능한 순서들을 평가하는 특정 방식을 나타낸다. 스케줄러에 의하여 평가될 잠재적인 부가설들의 총수는 활성 단말들의 수가 적을때조차 매우 많을 수 있다. 사실상, 부가설들의 총수는 다음과 같이 표현될 수 있다.

여기서 N_U는 스케줄링을 위하여 고려될 활성 단말들의 수이다. 예컨대, 만일 N_U=8 이고 N_T=4이면, N_sub-hyp=1680이다. 최적 시스템 성능을 제공하는 부가설을 결정하기 위하여 과도한 탐색이 사용될 수 있으며, 이는 최상의 부가설을 선택하는데 사용된 성능 매트릭스에 의하여 양이 결정된다.

단말기들을 스케줄링하기 위한 처리의 복잡성이 감소된 다양한 다른 업링크 스케줄링 방식들이 사용될 수 있다. 이러한 한 업링크 스케줄링 방식에서, 각각의 가설에 포함된 단말들은 특별히 규정된 규칙에 기초하여 결정될 수 있는 특정 순서로 처리된다. 일 실시예에서, 각각의 반복동안, 연속 제거 수신기 처리 기술은 등화후에 최상의 SNR을 가진 전송된 신호를 복원시킨다. 이러한 경우에, 가설의 단말들에 대한 사전 처리된 SNR들에 기초하여 순서가 결정된다. 다른 실시예에서, 각 가설의 단말들은 특정 순서에 기초하여 처리된다. 처리 순서는 가설내의 단말들의 우선순위(가장 낮은 우선순위 단말이 먼저 처리되고, 다음 우선순위 단말이 다음에 처리되며, 가장 높은 우선순위는 마지막으로 처리됨), 사용자 페이로드, 지연시간 요건들, 긴급 서비스 우선순위 등에 기초할 수 있다.

다른 업링크 스케줄링 방식에서, 단말들은 그들의 우선순위들에 기초하여 스케줄링된다. 각각의 프레임에 대하여, 리스트내의 단말들의 특정 수가 스케줄링을 위하여 고려될 수 있다. 일 실시예에서, 단지 N_T 가장높은 우선순위 단말들이 N_T 이용가능한 전송 채널들을 통해 전송하기 위하여 선택된다. 다른 실시예에서, 리스트에서 N_X 가장 높은 우선순위 단말들은 스케줄링을 위하여 고려되며, 여기서 N_U＞N_X ＞N_T 이다.

도 10B는 우선순위 기반 스케줄링 방식에 대한 프로세스(1040)의 일 실시예에 대한 흐름도이며, N_T 가장높은 우선순위 단말들은 업링크를 통해 전송하기 위하여 스케줄링된다. 각각의 전송 간격에 대하여, 스케줄러는 단계(1042)에서 리스트내의 모든 활성 단말들에 대한 우선순위들을 검사하며 N_T 가장높은 우선순위 단말들을 선택한다. 이러한 실시예에서, 리스트내의 나머지(N_U-N_T) 단말들은 스케줄링을 위하여 고려되지 않는다. 각각의 선택된 단말에 대한 채널 추정치들 은 단계(1044)에서 검색된다. N_T 선택된 단말들에 의하여 형성된 가설의 각 부가설이 평가되며, 각 부가설에 대한 사전 처리된 SNR들의 대응 벡터 는 단계(1046)에서 유도된다. 최상의 부가설이 선택되며, 최상의 부가설의 SNR드에 대응하는 데이터 레이트들은 단계(1048)에서 결정된다. 다시, 스케줄 및 데이터 레이트들은 가설내의 단말들에 보고될 수 있다. 리스트내의 단말들의 매트릭스 및 시스템 매트릭스는 단계(1050)에서 업데이트된다. 일 실시예에서, 최상의 부가설은 매트릭스 업데이트된후 단말들의 우선순위를 정규화한 부가설에 대응할 수 있다.

MIMO 시스템에 대한 업링크 스케줄링은 "다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 업링크 자원들을 할당하기 위한 방법 및 장치"라는 명칭으로 2001년 5월 16일에 출원된 미국특허 출원번호 09/859,346에 상세히 개시되어 있으며, 이 특허출원은 본 발명의 양수인에게 양도되고 여기에 참조문헌으로서 통합된다.

단말들이 선택되고 그들의 우선순위들에 기초하여 전송하기 위하여 스케줄링되는 (다운링크 또는 업링크) 스케줄링 방식에서는 불량한 단말 그룹들이 때때로 발생할 수 있다. "불량한" 단말세트는 세트내의 각 단말에 대한 낮은 전체 스루풋을 발생시키는 가설된 채널 응답 매트릭스 에 따라 강한 선형성을 야기하는 단말이다. 이러한 것이 발생할때, 단말들의 우선순위들은 여러 프레임들에 대하여 변화할 수 없다. 이러한 방식에서, 스케줄러는 세트내에서 멤버십의 변화를 유발하기 위하여 우선순위들이 충분히 변화할때까지 특정 단말 세트로 고정될 수 있다.

앞서 기술된 "클러스터링(clustering)" 현상을 방지하기 위하여, 스케줄러는 이용가능한 전송 채널들에 단말들을 할당하기전에 상기 상태를 인식하고 및/또는 발생한 상태를 검출하도록 설계될 수 있다. 다수의 다른 기술들은 가설된 매트릭스 에 따라 선형도를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 기술은 의 고유값들을 해결하고, 연속 제거 수신기 처리 기술 또는 선형 공간 등화 기술을 사용하여 사전처리된 신호들의 SNR들을 해결한다. 이러한 클러스터링 상태의 검출은 전형적으로 단순하게 실행된다. 클러스터링 상태가 검출된 경우에, 스케줄러는 매트릭스 에서 선형 종속성을 감소시키기 위하여 단말들(예컨대, 랜덤 방식으로)을 재정렬시킬 수 있다. 셔플링 방식은 "양호한" 가설 매트릭스 (즉, 선형 종속성의 최소량을 가진 매트릭스들)를 야기하는 단말 세트들을 스케줄러가 선택하도록 고안될 수 있다.

Ⅵ. 성능

여기에 기술된 기술들을 사용하면, 시스템 성능이 개선될 수 있다(예컨대, 스루풋이 높아질 수 있다). 이들 기술들중 일부를 사용한 시스템 스루풋의 가능한 개선량을 정하기 위한 시뮬레이션들이 수행되었다. 시뮬레이션에서, 전송 안테나들 및 수신 안테나들의 어레이를 결합한 채널 응답 매트릭스 는 동일 분산, 제로평균 가우시안 랜덤 변수들로 구성되는 것이 가정된다(즉, "독립 복소수 가우시안 가정"). N_T(1xN_R) 채널들의 랜덤 선택에 대한 평균 스루풋이 평가된다. 샤논정리 능력제한에 의하여 결정된 바와같이 채널능력의 50%의 스루풋이 취해지는 것을 유의하라.

도 11A는 단일-사용자 MIMO 모드 및 다중-사용자 MIMO 모드(즉, N-SIMO 모드)에 대하여 단말당 4개의 전송 안테나들(즉, N_T=4) 및 4개의 수신 안테나(즉, N_R=4)을 가진 MIMO 시스템에 대한 평균 다운링크 스루풋을 도시한다. 각각의 동작모드와 연관된 시뮬레이팅된 스루풋은 평균 사전처리된 SNR의 함수로서 제공된다. 단일-사용자 MIMO 모드에 대한 평균 스루풋은 도표(11110)로 도시되며, 다중-사용자 MIMO 모드에 대한 평균 스루풋은 도표(1112)로서 도시된다.

도 11A에 도시된 바와같이, max-max 기준 안테나 할당을 사용하여 다중-사용자 MIMO 모드와 연관된 시뮬레이트된 스루풋은 단일 사용자 MIMO 모드에서 달성된 스루풋보다 양호한 성능을 도시한다. 단일 사용자 MIMO 모드에서, MIMO 단말들은 연속적인 제거 수신기 처리를 사용하여 높은 사전처리된 SNR들을 달성함으로서 장점을 가진다. 다중-사용자 MIMO 모드에서, 스케줄링 방식들은 비록 각각의 단말이 선형 공간(예컨대, MMSE) 처리 기술을 사용할지라도 개선된 성능(즉, 고스루풋)을 달성하기 위하여 다중-사용자 선택 다이버시티를 이용할 수 있다. 사실상, 다중-사용자 MIMO 모드에서 다중-사용자 다이버시티는 4개의 동일기간 부슬롯들로 전송간격을 분할하고 각각의 MIMO 단말을 각각의 부슬롯에 할당함으로서 달성된 스루풋을 초과하는 평균 다운링크 스루풋을 야기한다.

단일 사용자 및 다중 사용자 MIMO 모드들에 대한 시뮬레이션들에서 사용된 스케줄링 방식들은 비례 공정성을 제공하도록 설계되지 않으며, 임의의 단말들은 다른 단말들보다 높은 평균 스루풋을 가질 것이다. 공정성 기준이 부여될때, 두개의 동작 모드들에 대한 스루풋의 차이는 감소할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 단일 사용자 및 다중 사용자 MIMO 모드들을 수용하기 위한 능력은 무선 데이터 서비스들에 융통성을 추가하는 것이다.

도 11B는 간섭제한 환경(즉, 간섭 전력이 열 잡음 전력보다 훨씬 큼)에서 독립 복소수 가우시안 가정에 대한 4개의 수신 안테나(즉, N_R=4) 및 다수의 단일 안테나 단말들(즉, N_T=1,2 및 4)과 연관된 평균 업링크 스루풋을 도시한다. 전송 안테나들(즉, N_T=4)의 경우는 하나의 전송 안테나(즉, N_T=1)의 경우보다 큰 용량을 가지며, 이득들은 SNR에 비례하여 증가한다. 매우 높은 SNR들에서, N_T=4 경우의 용량은 N_T=1 경우의 용량의 거의 4배이다. 매우 낮은 SNR들에서, 이들 두개의 경우들간의 이득은 감소하며 무시할 수 있다.

낮은 또는 비간섭 환경(예컨대 열잡음 제한)에서, N_T=4의 스루풋은 도 11B에 도시된 스루풋보다 훨씬 크다. 열잡음 제한 환경에서, 간섭전력은 낮으며(예컨대 0에 가까우며) 달성된 SNR은 N_T=4 경우에 대하여 도 11B에 주어진 SNR 보다 6dB 높다. 예로서, 단일 단말이 10dB의 SNR으로 수신될때, 상기 단말에 대하여 달성된 평균 스루풋은 2.58bps/Hz이다. 4개의 단말들이 동시에 전송할때, 달성된 총 스루풋은 에서 N_T 곡선과 등가이다. 따라서, 열잡음 제한환경에서, 4개의 단말들에 대한 총 스루풋은 8.68 bps/Hz이거나 또는 단일 단말 전송시의 스루풋의 대략 3.4배이다.

셀룰라 네트워크와 같은 간섭제한 시스템들에서, 기지국에서 연속 제거 수신처리와 관련하여 다중 SIMO 전송들에 부여될 셀당 스루풋은 단말들에 대하여 선택된 세트포인트의 함수이다. 예컨대, 10dB SNR에서, 4개의 1x4 SIMO 단말들이 동시에 전송할때 두배 이상으로 된다. 20dB SNR에서, 용량은 단일 1x4 단말로 달성된 용량의 2.6배만큼 증가한다. 그러나, 고동작 세트포인트는 전형적으로 큰 주파수 재사용인자를 의미한다. 즉, 동일한 주파수 채널을 사용하는 셀들의 부분은 전체 스펙트럼 효율(bps/Hz/cell로 측정됨)을 감소시킬 수 있는 고동작 세트포인트들에 대응하는 요구된 SNR을 달성하기 위하여 감소될 필요가 있을 수 있다. 이러한 방식에 대한 네트워크 용량을 최대화할때, 특정 동작 세트포인트 및 요구된 주파수 재사용 인자의 선택간에 기본적인 교환이 존재한다.

도 11C는 N_T=1,2, 및 4 동시 단말들을 가진 셀들의 시뮬레이트된 네트워크에 대한 셀 스루풋을 도시한다. 각각의 셀은 N_R=4 수신 안테나들을 사용한다. 모든 단말들은 주어진 세트포인트를 달성하기 위하여 제어된 전력이다. 검사는 단지 단일 단말만이 전송할때 달성된 셀 스루풋보다 N_T=4 단말들에 대한 셀 스루풋이 2배 이상인 SNR 세트포인트들의 범위가 존재한다는 것을 나타낸다.

송신기 및 수신기의 엘리먼트들은 하나 이상의 디지털 신호 프로세서들(DPS), 주문형 반도체(ASIC), 프로세서들, 마이크로프로세서들, 제어기들, 마이크로제어기들, 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(FPGA), 프로그램가능 논리장치들, 다른 전자 유닛들 또는 이들의 임의의 결합에 의하여 실행될 수 있다. 여기에 기술된 기능들 및 처리의 일부는 프로세서상에서 실행되는 소프트웨어로 실행될 수 있다.

본 발명의 임의의 특징들은 소프트웨어 및 하드웨어의 결합으로 실행될 수 있다. 예컨대, 공간 처리, 공간-시간 처리, 연속 제거 수신기 처리, 전체-CSI 처리, CSI의 유도물(예컨대, 채널 SNR들)은 프로세서(도 2A 및 도 2B에 도시된 제어기들(230) 및/또는 (270))상에서 실행되는 프로그램 코드들에 기초하여 실행될 수 있다. 소프트웨어 코드들은 메모리 유닛(예컨대, 메모리들(232 및/또는 272)에 저장될 수 있으며, 프로세서(예컨대, 제어기(230) 및/또는 (270))에 의하여 실행된다. 메모리 유닛은 프로세서내 또는 프로세서 외부에서 실행될 수 있으며, 이 경우에 메모리 유닛은 공지된 다양한 수단들을 통해 프로세서에 통신가능하게 접속될 수 있다.

표제들은 임의의 섹션을 참조하기 위하여 여기에 포함된다. 이들 표제는 여기에 기술된 개념들의 범위를 제한하지 않으며 이들 개념들은 명세서 전반에 걸쳐 다른 섹션들에 적용가능하다.

기술된 실시예들의 이전 설명은 당업자로 하여금 본 발명을 이용 또는 실시할 수 있도록 하기 위하여 제공된다. 이들 실시예들에 대한 다양한 수정들이 당업자에게 명백할 것이며, 여기에 한정된 일반적인 원리들은 본 발명의 사상 또는 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 기술된 실시예들에 제한되지 않고 여기에 기술된 원리들 및 신규한 특징들을 따르는 가장 넓은 범위를 따른다.

Claims (53)

1. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 데이터를 전송하기 위한 방법으로서,

   데이터 전송을 위한 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계;

   상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 채널상태들을 나타내는 채널상태 정보(CSI)를 수신하는 단계;

   다수의 변조된 신호들을 제공하기 위하여 상기 수신된 CSI에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터를 처리하는 단계; 및

   다수의 전송 안테나들을 통해 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 상기 다수의 변조된 신호들을 전송하는 단계를 포함하는 데이터 전송방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 다수의 동작모드들을 통해 데이터를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 동작모드들은 다수의 수신 안테나들을 가진 단일 단말에 데이터를 전송하는 상기 다수의 전송 안테나들의 사용에 의하여 특징지워지는 단일 사용자 MIMO 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
4. 제 3항에 있어서, 상기 단일 사용자 MIMO 모드에서 상기 단일 단말로의 데이터 전송은 상기 다수의 변조된 신호들을 통해 전송된 다수의 데이터 스트림들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
5. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 동작모드들은 다수의 수신 안테나들을 가진 다수의 단말들에 데이터를 전송하는 다수의 전송 안테나들의 사용에 의하여 특징지워지는 다중 사용자 MIMO 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 다중 사용자 MIMO 모드에서 상기 다수의 단말들의 각각에 대하여 하나의 변조된 신호가 지정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
7. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 동작 모드들은 SIMO 및 MIMO 단말들의 결합에 데이터를 전송하는 상기 다수의 전송 안테나들의 사용에 의하여 특징지워지는 혼합모드를 포함하며, 상기 각각의 SIMO 단말에 대하여 하나의 변조된 신호가 지정되고 상기 각각의 MIMO 단말에 대하여 다중 변조된 신호들이 지정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
8. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 동작모드는 다수의 수신 안테나들을 가진 단일 단말에 단일 데이터 스트림을 신뢰성있게 전송하는 상기 다수의 전송 안테나의 사용에 의하여 특징지워지는 다이버시티 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
9. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 동작모드들은 단일 수신 안테나를 가진 단일 단말에 데이터를 전송하기 위한 상기 다수의 전송 안테나의 사용에 의하여 특징지워지는 전송 다이버시티 모드를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
10. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 전송 안테나들에 대하여 달성된 추정된 신호 대 잡음 + 간섭 비들(SNR들)에 기초하여 데이터를 전송하기 하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
11. 제 10항에 있어서, 상기 SNR들은 상기 다수의 변조된 신호들에 포함된 파일럿들에 기초하여 상기 단말들에서 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
12. 제 1항에 있어서, 상기 단말들에서 상기 다수의 전송 안테나들 및 상기 다수의 수신 안테나들에 의하여 형성된 MIMO 채널의 RF 특징에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 RF 특징은 상기 다수의 변조된 신호들에 포함된 파일럿들에 기초하여 상기 단말들에서 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
14. 제 1항에 있어서, 상기 수신된 CSI에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 상기 다수의 전송 안테나들을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
15. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 전송 안테나들에 각각의 선택된 단말을 할당하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
16. 제 1항에 있어서, 하나 이상의 매트릭스들에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
17. 제 16항에 있어서, 상기 하나 이상의 매트릭스들중 한 매트릭스는 상기 선택된 단말들에서 달성가능한 스루풋을 나타내는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
18. 제 16항에 있어서, 상기 하나 이상의 매트릭스들중 한 매트릭스는 상기 선택된 단말들에서 달성된 SNR에 기초하는 함수인 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
19. 제 1항에 있어서, 그들의 우선순위에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
20. 제 19항에 있어서, 상기 특정 단말의 우선순위는 상기 단말의 평균 스루풋에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
21. 제 1항에 있어서, 상기 처리단계는 상기 수신된 CSI에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터를 코딩 및 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
22. 제 10항에 있어서, 상기 변조된 신호에 대한 상기 단말에서 추정된 SNR들에 기초하여 각각의 변조된 신호에 대한 데이터를 코딩 및 변조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
23. 제 12항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 RF 특징에 의하여 형성된 고유벡터 매트릭스에 기초하여 변조 심볼들을 사전에 컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
24. 제 1항에 있어서, 상기 처리단계는 상기 수신된 CSI에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터 레이트들을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
25. 제 1항에 있어서, 상기 하나 이상의 선택된 단말들로부터 피드백을 수신하는 단계; 및

    상기 수신된 피드백에 기초하여 상기 변조된 신호들에 대한 적어도 하나의 특징을 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
26. 제 25항에 있어서, 상기 변조된 신호의 전송전력은 상기 수신된 피드백에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
27. 제 25항에 있어서, 상기 변조된 신호들에 대한 데이터 레이트들은 상기 수신된 피드백에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
28. 제 25항에 있어서, 상기 변조된 신호들에 대한 데이터의 코딩 및 변조는 상기 수신된 피드백에 기초하여 조절되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
29. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 변조된 신호들은 최대 허용 전력레벨들을 나타내는 하나 이상의 전력 백오프 인자들에 의하여 부분적으로 결정된 전력레벨들로 전송되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
30. 제 29항에 있어서, 상기 하나 이상의 백오프 인자들은 인접 셀들에 대한 간섭을 감소시키도록 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
31. 제 29항에 있어서, 상기 하나 이상의 백오프 인자들은 시스템 로딩에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
32. 제 29항에 있어서, 상기 하나 이상의 전력 백오프 인자들은 상기 시스템내의 단말들에 의하여 달성가능한 성능에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
33. 제 1항에 있어서, 상기 CSI는 데이터 전송을 위하여 사용된 다수의 전송 채널들에 대한 추정된 신호대 잡음 + 간섭비들(SNR들)을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
34. 제 1항에 있어서, 상기 CSI는 데이터 전송을 위하여 사용된 다수의 전송채널들에 의하여 지원되는 데이터 레이트들의 지시자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
35. 제 33항에 있어서, 상기 SNR들은 단말들에서 공간 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
36. 제 35항에 있어서, 하나의 단말에서의 상기 공간처리는 채널 상관 매트릭스 인버전(CCMI) 기술 또는 최소평균제곱 에러(MMSE) 기술을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
37. 제 33항에 있어서, 상기 SNR들은 상기 단말들에서의 공간-시간 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
38. 제 37항에 있어서, 상기 공간-시간 처리는 MMSE 선형 등화기(MMSE-LE) 기술 또는 결정 피드백 등화기(DFE) 기술을 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
39. 제 33항에 있어서, 상기 SNR들은 상기 단말들에서의 연속 제거 수신기 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
40. 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM)을 실행하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
41. 제 1항에 있어서, 상기 시스템은 코드분할 다중접속(CDMA)을 실행하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
42. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 다운링크를 통해 데이터를 전송하기 위한 방법으로서,

    다수의 전송 안테나들에 대한 다수의 단말들에서 달성된 추정된 신호 대 잡음 + 간섭 비들(SNR들)을 수신하는 단계;

    상기 추정된 SNR들에 기초하여 데이터를 전송하기 위한 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계;

    다수의 변조된 신호들을 제공하기 위하여 상기 추정된 SNR들에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터를 처리하는 단계; 및

    상기 다수의 전송 안테나들을 통해 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 상기 다수의 변조된 신호들을 전송하는 단계를 포함하며,

    상기 통신시스템은 단일 사용자 MIMO 모드, 다중 사용자 MIMO 모드 및 혼합 모드로 구성된 다수의 동작모드를 통해 데이터를 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
43. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 데이터를 전송하기 위한 방법으로서,

    다수의 단말들에 대한 채널 상태들을 나타내는 채널상태 정보(CSI)를 수신하는 단계;

    업링크 데이터 전송을 위한 하나 이상의 단말들을 선택하는 단계;

    적어도 하나의 전송 파라미터를 나타내는 정보를 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 전송하는 단계;

    상기 하나 이상의 선택된 단말들로부터 다수의 수신 안테나들을 통해 다수의 변조된 신호들을 수신하는 단계; 및

    상기 하나 이상의 선택된 단말들에 의하여 전송된 데이터를 복원하기 위하여 다수의 수신된 신호들을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
44. 제 43항에 있어서, 다수의 이용가능한 전송채널들에 대한 신호 대 잡음 + 간섭 비들(SNR들)에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
45. 제 43항에 있어서, 상기 단말들에 있는 전송 안테나들 및 상기 다수의 수신 안테나들에 의하여 형성된 MIMO의 RF 특징에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
46. 제 43항에 있어서, 최대 허용 전력레벨들을 나타내는 하나 이상의 전력 백오프 인자들의 일부분에 기초하여 데이터를 전송하는 단말들이 선택되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
47. 제 44항에 있어서, 상기 SNR들은 공간 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
48. 제 44항에 있어서, 상기 SNR들은 공간-시간 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
49. 제 44항에 있어서, 상기 SNR들은 연속 제거 수신기 처리에 기초하여 유도되는 것을 특징으로 하는 데이터 전송방법.
50. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에 사용되는 기지국으로서,

    데이터 전송을 위한 하나 이상의 단말들을 선택하기 위한 스케줄러;

    상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 채널상태들을 나타내는 채널 상태정보(CSI)를 수신하고 상기 수신된 CSI에 기초하여 하나 이상의 제어들을 제공하는 제어기;

    다수의 변조심볼 스트림들을 제공하기 위하여 하나 이상의 제어들에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터를 처리하는 TX 데이터 프로세서;

    상기 다수의 변조심볼 스트림들에 대한 다수의 변조된 신호들을 발생시키는 변조기; 및

    상기 변조된 신호들을 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 전송하도록 구성된 다수의 전송 안테나들을 포함하는 기지국.
51. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에 사용되는 기지국으로서,

    데이터 전송을 위한 하나 이상의 단말들을 선택하기 위한 수단;

    상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 채널상태들을 나타내는 채널 상태정보(CSI)를 수신하고 상기 수신된 CSI에 기초하여 하나 이상의 제어들을 제공하는 수단;

    다수의 변조심볼 스트림들을 제공하기 위하여 하나 이상의 제어들에 기초하여 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 대한 데이터를 처리하는 수단;

    상기 다수의 변조심볼 스트림들에 대한 다수의 변조된 신호들을 발생시키는 수단; 및

    상기 변조된 신호들을 상기 하나 이상의 선택된 단말들에 전송하는 수단을 포함하는 기지국.
52. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에 사용되는 단말로서,

    수신된 변조심볼들을 제공하기 위하여 적어도 하나의 수신된 신호를 수신 및 처리하는 적어도 하나의 프런트 엔드 프로세서;

    상기 전송된 신호들에서 변조 심볼들의 추정치들을 제공하기 위하여 수신기 처리기술에 따라 상기 수신된 변조심볼들을 수신 및 처리하는 RX MIMO/데이터 프로세서 ― 상기 RX MIMO/데이터 프로세서는 상기 다수의 전송된 신호들에 대한 채널상태들을 나타내는 채널상태 정보(CSI)를 제공함 ―;

    상기 단말로부터 전송을 위한 상기 CSI를 수신 및 처리하는 TX 데이터 프로세서를 포함하는 단말.
53. 다중접속 다중입력 다중출력(MIMO) 통신시스템에서 사용하기 위한 단말로서,

    수신된 변조심볼들을 제공하기 위하여 적어도 하나의 수신된 신호를 처리하는 수단;

    상기 전송된 신호들에서 변조심볼들의 추정치들을 제공하기 위하여 수신기 처리 기술에 따라 상기 수신된 변조심볼들을 처리하는 수단;

    상기 다수의 전송된 신호들에 대한 채널상태들을 나타내는 채널상태 정보(CSI)를 유도하는 수단; 및

    상기 단말로부터 전송을 위한 상기 CSI를 처리하는 수단을 포함하는 단말.