KR20070041309A

KR20070041309A - 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20070041309A
Application number: KR1020060070254A
Authority: KR
Inventors: 마사아끼 시다; 시게노리 하야세; 도모아끼 이시후지
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2005-10-14
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2007-04-18
Also published as: US7660288B2; CN1949679A; JP2007110456A; CN1949679B; US20070086400A1

Abstract

SDMA의 상향 회선에서 복수의 무선 통신 장치 간에 캐리어 주파수 오차가 존재하는 경우에도, 수신측이 BER 특성을 현저히 열화시키지 않고, 복조할 수 있는 무선 통신 장치를 제공한다. 무선 통신 장치에서, 복수의 송수신 안테나(302)와, 이들 송수신 안테나에서 수신한 복수의 송신기로부터 송신된 신호를 각각의 송신기로부터 송신된 신호로 분해하는 수신 MIMO 처리부(30)와, OFDM 복조하기 위한 FFT 처리부(205)와, 이 FFT 처리부에서 서브 캐리어마다의 신호로 변환된 신호로부터 데이터를 구하는 디맵핑부(207) 등을 포함하고, 수신 신호의 처리 순서로서 수신 MIMO 처리부(30)가 FFT 처리부(205)보다 앞에 구성되어, 수신 신호에 캐리어 주파수 오프셋이 존재하는 경우라도, 복수의 송신기로부터 수신한 신호를 분리하기 때문에, OFDM 복조 처리 전에 MIMO 처리를 행한다.

안테나, MIMO 처리부, FFT 처리부, 유저 단말기, 무선 LAN, 진폭 스펙트럼

Description

무선 통신 장치{RADIO COMMUNICATION DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 무선 통신 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 2는 본 발명의 실시예 1에서, 무선 통신 시스템의 구성을 도시한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예 1에서, CSI 정보의 취득 수순을 도시한 도면.

도 4는 본 발명의 실시예 1에서, MIMO 처리의 원리를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 실시예 1에서, 수신 MIMO 처리부의 구성을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 실시예 2에서의 무선 통신 장치의 수신계의 구성을 도시한 도면.

도 7은 종래의 무선 통신 시스템에서, SDMA에 의한 네트워크 구성을 도시한 도면.

도 8은 종래의 무선 통신 시스템에서, OFDM 신호의 진폭 스펙트럼을 도시한 도면.

도 9는 종래의 무선 통신 시스템에서, OFDM 송신기의 구성을 도시한 도면.

도 10은 종래의 무선 통신 시스템에서, OFDM 수신기의 구성을 도시한 도면.

도 11은 종래의 무선 통신 시스템에서, 무선 LAN의 물리층의 송신계를 도시한 도면.

도 12는 종래의 무선 통신 시스템에서, 무선 LAN의 물리층의 수신계를 도시한 도면.

도 13은 종래의 무선 통신 시스템에서, MIMO를 이용한 무선 LAN의 물리층의 송신계를 도시한 도면.

도 14는 종래의 무선 통신 시스템에서, MIMO를 이용한 무선 LAN의 물리층의 수신계를 도시한 도면.

도 15는 종래의 무선 통신 시스템에서, 주파수 오프셋이 존재하는 2대의 유저 단말기로부터의 수신 신호의 진폭 스펙트럼을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 무선 통신 시스템

2: 액세스 포인트

3(3a, 3b, 3c): 유저 단말기

4(4a, 4b): 종래 규격의 유저 단말기

10: 서브 캐리어

11(11a, 11b): 진폭 스펙트럼

20: 수신 MIMO 처리부

21: 송신 MIMO 처리부

30: 수신 MIMO 처리부

31(31-1∼31-m): 입력

32: CSI

33: 진폭·위상 제어부

34: 가변 이득 앰프

35: 이상기

36: 가산기

37(37-1∼37-n): 출력

38(38-1∼38-n): 수신 신호 합성부

100: OFDM 변조부

101: 맵핑부

102: 직병렬 변환부

103: IFFT 처리부

104: GI 부가부

105: 병직렬 변환부

106: RF부

107: 안테나

108: 송신 신호

109: 인터리브부

110: 부호화부

111: 펑쳐드부

112: 직병렬 변환부

200: OFDM 복조부

201(201a, 201b): 안테나

202: RF부

203: 직병렬 변환부

204: GI 제거부

205: FFT 처리부

206: 병직렬 변환부

207: 디맵핑부

208: 수신 신호

209: 디인터리브부

210: 복호화부

211: 병직렬 변환부

212: 동기부

300: CSI 처리부

301: 송수신용 RF부

302: 송수신 안테나

[특허 문헌 1] US 2005/0111599 A1

[비특허 문헌 1] Eduardp F. Casas, Cyril Leung, "OFDM for Data Communication Over Mobile Radio FM Channels Part Ⅰ : Analysis and Experimantal Results", 1991년 5월, IEEE Transaction on Communications, Vol.39, No.5, p.783-793

[비특허 문헌 2] IEEE Std 802.11a-1999, IEEE

[비특허 문헌 3] IEEE Std 802.11g-2003, IEEE

[비특허 문헌 4] TGn Sync Proposal Technical Specification, 2005년 5월 13일, IEEE 802.11-04/0889r5

본 발명은, 복수의 안테나를 이용하여 공간 분할 다원 접속을 행하는 무선 통신 장치에 관한 것으로서, 특히 종래의 규격에 준거한 무선 LAN 장치가 혼재하는 네트워크에서 액세스 포인트로서 동작하는 무선 통신 장치의 구성과 그 제어 방법에 적용하기에 유효한 기술에 관한 것이다.

본 발명자가 검토한 바에 따르면, 종래의 무선 통신 장치에 관한 기술로서는, 이하와 같은 기술이 있다.

예를 들면, 액세스 포인트와 복수의 유저 단말기로 구성되는 무선 통신 시스템에서, 동일한 주파수를 이용하여 복수의 유저 단말기로부터 액세스 포인트에 동시에 전송하는 SDMA(Space Division Multiple Access: 공간 분할 다원 접속)를 실현하는 방법이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

또한, 고속의 무선 데이터 전송을 실현하는 종래의 변복조 방식으로서, OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing: 직교 주파수 분할 다중)이 있 다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조).

또한, 이 OFDM을 이용한 종래의 무선 LAN 시스템으로서, IEEE802.11에서 표준화된 시스템이 존재한다(예를 들면, 비특허 문헌 2, 3 참조).

또한, 전술한 OFDM을 변조 방식에 이용한 시스템으로서, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output: 다중 입력 다중 출력) 무선 LAN 시스템이 있다(예를 들면, 비특허 문헌 4 참조).

그런데, 전술한 바와 같은 종래의 무선 통신 장치의 기술에 관해서, 본 발명자가 검토한 결과, 이하와 같은 점이 분명해졌다.

우선, 상기 특허 문헌 1의 기술에 관해서, 도 7을 이용하여 SDMA의 동작의 설명을 행한다. 무선 통신 시스템(1)은 액세스 포인트(AP)(2)와 유저 단말기(UT)(3(3a∼3c))로 구성된다. 액세스 포인트(2)는 각 유저 단말기(3)로부터의 업링크의 채널 행렬을 취득하고, 예를 들면 각 유저 단말기(3)로부터 토탈 스루풋이 최대로 되도록, 유저 단말기(3)마다의 송신 벡터를 결정한다. 이 유저 단말기(3)마다 결정된 송신 벡터에 기초하여, 유저 단말기(3)는 1개 혹은 2개 이상 포함하는 안테나로부터 송신하는 신호를 결정한다. 액세스 포인트(2)가 결정하는 송신 벡터에 기초하는 신호를 모든 유저 단말기(3)가 송신함으로써, SDMA가 가능하게 된다.

또한, 상기 비특허 문헌 1의 기술에 관해서, 도 8∼도 10을 이용하여 설명한다. 도 8에 OFDM 신호의 진폭 스펙트럼의 예를 도시한다. OFDM에서는 고속의 데 이터 신호를 복수의 서브 캐리어(10)에서 분할하여 전송하는 방법으로, 각 서브 캐리어(10)는 저속도의 전송으로 되기 때문에, 무선 전송 시에 문제로 되는 멀티패스의 영향을 경감 혹은 없앨 수 있다.

도 9를 이용하여 OFDM의 변조 수순에 대하여 설명한다. 송신 데이터는 OFDM 변조부(100)에서 베이스 밴드 OFDM 신호로 변환된다. 구체적인 신호 처리 수순을 이하에 기재한다. 송신 데이터는 맵핑부(Map)(101)에 의해, BPSK(Binary Phase Shift Keying), QPSK(Quadrature Phase Shift Keying), 16QAM(16 Quadrature Amplitude Modulation), 64QAM(64 Quadrature Amplitude Modulation)이라는 변조 방식마다 정의되어 있는 신호점 공간에 맵핑(mapping)된다. 신호점 공간에 맵핑된 신호는 직병렬 변환부(S/P: Serial to Parallel)(102)에서 서브 캐리어(10)마다 할당된다. 직병렬 변환부(102)에서 변환된 신호는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 처리부(IFFT)(103)에서 시간축 상의 신호로 변환된다. 또한 멀티패스의 영향을 경감하기 위해 GI(Guard Interval)가 GI 부가부(GI Add)(104)에서 부가되고, 병직렬 변환부(P/S: Parallel to Serial)(105)에서 시계열 신호로 변환되며, RF부(RF)(106)에서 캐리어 주파수로 업컨버트되어, 안테나(107)를 경유하여 송신 신호(108)로서 공간에 방사된다.

다음으로, 도 10을 이용하여 OFDM의 복조 수순에 대하여 설명한다. 수신 데이터는 OFDM 복조부(200)에서 베이스 밴드 OFDM 신호로부터 데이터로 변환된다. 구체적인 신호 처리 수순을 이하에 기재한다. 수신 신호(208)는 안테나(201)를 경유하여 RF부(RF)(202)에 입력된다. RF부(202)에서 베이스 밴드 신호로 다운컨버트 된 신호는 동기부(Sync)(212)에서 캐리어 주파수 오프셋 보상과 심볼 동기를 행한다. 심볼 동기에 의해서 수신 신호는 심볼마다 직병렬 변환부(S/P)(203)에서 병렬 신호로 변환되고, GI 제거부(GI Rm)(204)에서 불필요한 GI가 제거된다. GI가 제거된 신호는 FFT(Fast Fourier Transform) 처리부(FFT)(205)에서 주파수축 상의 데이터로 변환된다. 병직렬 변환부(P/S)(206)에서 시간적으로 직렬화되고, 디맵핑부(Demap)(207)에서 데이터로서 복조된다.

또한, 상기 비특허 문헌 2, 3의 기술에 관해서, 도 11 및 도 12를 이용하여 종래의 무선 LAN 시스템의 송신기 및 수신기의 구성과 동작에 대하여 설명한다.

우선, 도 11을 이용하여 종래의 무선 LAN 시스템의 물리층의 송신계에 대하여 설명한다. 송신 데이터는 비트의 오류 내성을 높이기 위해서 부호화부(Encoder)(110)에서 구속 길이 7, 부호화율 1/2의 컨볼루션 부호에 의해 부호화된다. 부호화된 신호는 펑쳐드(punctured)부(Punc)(111)에서 필요에 따라 비트를 씨닝하여, 최종적인 부호화율을 예를 들면 3/4으로 한다. 펑쳐드부(111)의 출력 신호는 인터리브부(Intl)(109)에 입력되어, 주파수축 방향으로 데이터가 교체된다. 인터리브된 신호는 전술한 OFDM 복조부(OFDM Mod)(100)에서 OFDM 신호로 변환되고, RF부(106)에서 고주파 신호로 변환되어, 안테나(107)를 통하여 송신 신호(108)로서 공간에 방사된다.

다음으로, 도 12를 이용하여 종래의 무선 LAN 시스템의 물리층의 수신계에 대하여 설명한다. 수신 신호(208)는 안테나(201)를 통하여 RF부(202)에 입력된다. RF부(202)에서는 수신한 고주파 신호를 베이스 밴드 신호로 변환하고, 전술한 OFDM 복조부(OFDM Demod)(200)에 입력된다. OFDM 복조부(200)의 출력은 디인터리브부(Deintl)(209)에서 인터리브부(109)와 반대의 데이터 교체 조작을 행한다. 디인터리브부(209)의 출력 신호는 복호화부(Decoder)(210)에 입력되어, 예를 들면 비터비 복호 조작에 의해 복호되어, 수신 데이터로서 출력된다.

또한, 상기 비특허 문헌 4의 기술에 관해서, 도 13 및 도 14를 이용하여 설명한다.

도 13을 이용하여 SDMA를 실현하기 위한 종래의 MIMO 송신기의 구성을 설명한다. 전술한 OFDM 송신기와 마찬가지로 송신 데이터를 부호화, 펑쳐드한 후, 송신 안테나(107)의 수 이하의 송신 스트림 수에 맞춰서 직병렬 변환부(S/P)(112)에서 신호를 병렬화한다. 각 송신 스트림은 각각 인터리브부(109)에서 인터리브되고, 맵핑부(101)에서 신호점 공간에 맵핑된다. 송신 MIMO 처리부(Tx MIMO Proc)(21)에서 채널 정보(CSI: Channel State Information)(32)에 기초하여 송신 신호에 송신 벡터를 곱하여 각 안테나(107)로부터 송신하는 데이터를 생성한다. 여기서 CSI는 데이터를 전송하려고 하는 하나 이상의 무선 통신 장치에의 채널 행렬로서, 예를 들면 각 무선 통신 장치에의 스루풋을 최대화하는 등의 지침에 기초하여 송신 벡터를 결정한다.

도 14를 이용하여 SDMA를 실현하기 위한 종래의 MIMO 수신기의 구성을 설명한다. 하나 이상의 무선 통신 장치로부터 동시에 신호를 수신하는 경우, 예를 들면 상기 특허 문헌 1에 기재된 수순에 따라, 복수의 무선 통신 장치는 수신측의 무선 통신 장치가 결정한 송신 벡터에 기초하여 송신한다. 수신측의 무선 통신 장치 는, 각 무선 통신 장치로부터의 수신 신호가 안테나(201)에서 겹친 상태로 수신된다. 이들의 서로 겹친 수신 신호를 수신 MIMO 처리부(Rx MIMO Proc)(20) 내의 행렬 연산에 의해 각 무선 통신 장치로부터의 데이터 스트리밍으로 분해한다. 이 때, 수신측의 무선 통신 장치의 지시에 의해서, 송신측의 무선 통신 장치의 MIMO 처리 방법이 결정되어 있기 때문에, 수신측에서 각 무선 통신 장치로부터 송신되는 데이터의 겹친 방법은 미리 알 수 있다.

그러나, 도 14에 도시된 수신계에서는, 복수의 무선 통신 장치로부터 동시에 신호를 수신하는 상향 회선에서, 각 무선 통신 장치의 캐리어 주파수가 완전히 일치하고 있는 것이 전제로 되어 있어, 캐리어 주파수의 오차에 대하여 고려되어 있지 않다. 각 무선 통신 장치로부터의 신호에 캐리어 주파수 오차가 있는 경우의 수신 신호의 진폭 스펙트럼을 도 15에 도시하였다. 캐리어 주파수에 오차가 있는 경우, 임의의 무선 통신 장치로부터의 수신 신호의 진폭 스펙트럼(11a)에서, 서로 캐리어 주파수 오차가 있는 다른 무선 통신 장치로부터의 수신 신호의 진폭 스펙트럼(11b)은 간섭으로 되어, 현저하게 수신 성능을 열화시킨다. 구체적으로는 비트 오류율(BER: Bit Error Rate)이 열화된다고 하는 문제가 있다.

상향 회선에서는 SDMA를 이용하지 않고 다른 액세스 방식, 예를 들면 TDMA 등을 이용하는 방법이 있지만, 종래 규격의 무선 LAN 시스템에서는, 예를 들면 데이터 프레임 수신 후의 레스펀스 프레임(response frame)은 데이터 프레임 수신 후, 소정의 시간이 경과한 후 송신하게 되어 있기 때문에, 이러한 레스펀스 프레임에 대하여 TDMA를 이용할 수 없다고 하는 문제가 있다. 또한 이것을 해결하는 수 단은 개시되어 있지 않다.

따라서, 본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, SDMA의 상향 회선에서 복수의 무선 통신 장치간에서 캐리어 주파수 오차가 존재하는 경우에도, 수신측이 BER 특성을 현저히 열화시키지 않고, 복조할 수 있는 무선 통신 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 신규 특징은, 본 명세서의 기술 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.

본원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 것의 개요를 간단히 설명하면, 다음과 같다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 무선 통신 장치는, 복수의 안테나와, 이 복수의 안테나에서 수신한 복수의 송신기로부터 송신된 신호를 각각의 송신기로부터 송신된 신호로 분해하는 제1 MIMO 처리부와, OFDM 복조하기 위한 FFT 처리부와, 이 FFT 처리부에서 서브 캐리어마다의 신호로 변환된 신호로부터 데이터를 구하는 복조부를 포함하고, 수신 신호의 처리 순서로서 제1 MIMO 처리부가 FFT 처리부보다 앞에 구성된다.

또한, 통상의 1대1의 MIMO 통신에 대응하기 위해 FFT 처리부보다 후단에 제2 MIMO 처리부를 포함한다. 이 경우, 제1 MIMO 처리부는 동작할 필요가 없기 때문에, 이 제1 MIMO 처리부는 입력된 신호가 그 상태 그대로 출력 가능하게 되는, 소위 바이패스하는 수단을 포함한다.

또한, 제1 MIMO 처리부가, 진폭을 소정의 양만큼 변화시키는 가변 이득 앰프와, 주파수마다의 위상을 소정의 양만큼 변화시키는 이상기(移相器)를 포함한다.

또한, 무선 통신 장치와 그것 이외의 복수의 다른 무선 통신 장치와의 각각의 사이에서 취득한 채널 정보에 기초하여, 그 무선 통신 장치로부터 복수의 다른 무선 통신 장치에의 송신 신호의 구성을 바꾸는 CSI 처리부를 포함한다. 이 무선 통신 장치와 복수의 다른 무선 통신 장치와의 각각의 사이의 채널 정보를 취득할 때에는, 무선 통신 장치로부터, 복수의 다른 무선 통신 장치로부터의 레스펀스 프레임을 필요로 하는 컨트롤 프레임(control frame)을 송신하고, 무선 통신 장치는, 이 컨트롤 프레임에 대한 복수의 다른 무선 통신 장치로부터의 레스펀스 프레임을 이용하여 채널 정보를 취득한다.

<실시예>

이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 또한, 실시예를 설명하기 위한 모든 도면에서, 동일한 부재에는 원칙으로서 동일한 부호를 붙이고, 그 반복의 설명은 생략한다.

(실시예 1)

본 발명의 실시예 1을, 도 1∼도 5를 이용하여 설명한다. 본 실시예에서는, 이에 한정되는 것이 아니지만, 무선 LAN에 적용한 경우의 예를 나타낸다.

도 1은, 본 실시예에서의 무선 통신 장치의 구성을 도시하고 있다. 본 실시예에서는, 이 무선 통신 장치는, 액세스 포인트와 복수의 유저 단말기로 구성되는 무선 통신 시스템의, 액세스 포인트로서 기능하는 것으로 한다.

본 실시예에서의 무선 통신 장치는, 송신계로서, 송신 데이터(Tx_Data_1∼n)에 대응하는, OFDM 변조부(Encoder)(110), 펑쳐드부(Punc)(111), 인터리브부(Intl)(109), 맵핑부(Map)(101), 송신 MIMO 처리부(Tx MIMO Proc)(21), IFFT 처리부(IFFT)(103), GI 부가부(GI Add)(104), 병직렬 변환부(P/S)(105)가 포함되고, 또한, 수신계로서, 수신 데이터(Rx_Data_1∼n)에 대응하는, 수신 MIMO 처리부(Rx MIMO Proc1)(30), 동기부(Sync)(212), 직병렬 변환부(S/P)(203), GI 제거부(GI Rm)(204), FFT 처리부(FFT)(205), 디맵핑부(Demap)(207), 디인터리브부(Deintl)(209), 복호화부(Decoder)(210)가 포함되어 있다. 또한, 송신계와 수신계에 공통으로, CSI 처리부(300), 송수신용 RF부(301), 송수신 안테나(302)가 포함되어 있다. 이들의 각 부에서, 전술한 도 9∼도 14와 동일한 것에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략하며, 신규의 것에 대해서는 이하에서 설명한다.

특히, 본 실시예에서의 무선 통신 장치는, 복수의 유저 단말기로부터 송신되는 동일한 주파수대의 OFDM 신호를 동시에 수신하는 무선 통신 장치로서, 복수의 안테나에서 수신한 복수의 유저 단말기로부터 송신된 신호를 각각의 유저 단말기로부터 송신된 신호로 분해하는 수신 MIMO 처리부(제1 MIMO 처리부)(30)와, OFDM 복조하기 위한 FFT 처리부(205)와, 이 FFT 처리부(205)에서 서브 캐리어마다의 신호로 변환된 신호로부터 데이터를 구하는 디맵핑부(복조부)(207) 등을 포함하고, 수신 신호의 처리 순서로서 수신 MIMO 처리부(30)가 FFT 처리부(205)보다 앞에 구성되어 있다.

본 실시예에서의 무선 통신 장치에서는, 송신에 사용할 수 있는 송수신 안테 나(302)의 수를 m으로 하고, 동시에 통신하는 유저 단말기의 수를 n대로 한다. 여기서, n은 m 이하의 수로 한다. 복수의 유저 단말기(1∼n)에 각각 송신하고자 하는 송신 데이터를 각각 송신 데이터 1부터 송신 데이터 n으로 한다. 각각의 송신 데이터는 데이터의 오류 내성을 높이기 위해서 부호화부(110)에서 부호화된다. 부호화된 신호는 필요에 따라 펑쳐드부(111)에서 데이터가 씨닝되어, 부호화율을 바꿀 수 있다. 그 후, 인터리브부(109)에서 데이터의 순서를 교체한다.

이것은, 복조 시의 복호화부에서는 랜덤 오류에 대해서는 오류 정정이 유효하게 기능하지만, 버스트 오류에 대해서는 오류 정정이 유효하게 기능하지 않아, 오류 정정 후의 BER 특성이 열화된다. 일반적으로, 무선 전송된 신호는 백색 잡음에 의한 랜덤 오류 이외에 페이딩이나 임펄스 형상의 잡음에 의해 버스트적으로 간섭이 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 인터리브부(109)에서 데이터의 순서를 교체하고, 복조 시에 데이터 열을 원래로 되돌리는 조작을 함으로써, 버스트 오류가 복호화부에 입력될 가능성을 저감시키고 있다.

인터리브부(109)의 출력은 맵핑부(101)에 입력되어, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM 중 어느 하나의 신호점 공간에 맵핑된다. 여기서, 무선 통신 장치로부터 송신하고자 하는 유저 단말기까지의 CSI를 취득해 두고, 이에 기초하여 소정의 연산 혹은 소정의 테이블을 참조하여, 펑쳐드부(111)에서의 부호화율과 맵핑부(101)에서의 변조 방식에 무엇을 이용할지를 결정한다. CSI 처리부(300)가 미리 송신하고자 하는 유저 단말기에의 CSI를 취득하는 수순에 대해서는 후술한다.

상기 맵핑부(101)에서 신호점 공간에 맵핑된 신호는, 송신 MIMO 처리부(21) 에서 CSI에 기초하는 소정의 m×n 행렬 연산에 의해, 송신 안테나 수 m과 동일한 신호를 생성한다. 여기서, 송신 MIMO 처리부(21)에서의 연산은, 유저 단말기(1)에 송신하고자 하는 송신 데이터(1)가 다른 유저 단말기에서는 정확히 서로 부정하여 수신할 수 없도록 처리한다. 마찬가지로, 다른 송신 데이터도 본래 전송하고자 하는 유저 단말기 이외에의 유저 단말기의 수신 안테나단에서는 부정하여 수신할 수 없도록 처리한다.

송신 MIMO 처리부(21)의 출력은 IFFT 처리부(103)에서 시간축의 데이터로 변환되고, 이것에 GI 부가부(104)에서 멀티패스 간섭을 저감시키기 위한 GI를 부가하고, 병직렬 변환부(105)를 경유하여, 송수신용 RF부(301)에서 동일한 캐리어 주파수로 업컨버트되어, 송수신 안테나(302)로부터 공간에 송신된다. 전술한 처리를 행함으로써, 하향 회선의 SDMA를 실현한다.

상향 회선은, 복수의 유저 단말기로부터 동일한 캐리어 주파수를 이용하여 동시에 액세스 포인트로서 동작하고 있는 무선 통신 장치에 송신된다. 복수의 유저 단말기로부터의 신호는 동일 주파수로 송신되기 때문에, 복수의 송수신 안테나(302)에서는 각 유저 단말기로부터의 수신 신호가 섞인 신호로 된다. 이 신호는 송수신용 RF부(301)에 입력되어, 베이스 밴드 신호로 다운컨버트된다.

다운컨버트된 신호는, CSI 처리부(300)에 미리 취득되어 있는 CSI 정보에 기초하여 수신 MIMO 처리부(30)에서 소정의 연산을 행함으로써, 각 유저 단말기로부터의 수신 신호로 분해할 수 있다. 각 유저 단말기로부터의 수신 신호를 분해하기 위한 구조는 후술한다. 본 구조이면, 각 유저 단말기로부터의 수신 신호에 주파수 오프셋이 존재하고 있어도 분해할 수 있다. 이 원리에 대해서도 후술한다.

각 유저 단말기로부터의 수신 신호로 분해된 신호는, 각각 동기부(212)에서 캐리어 주파수 오프셋 보상과 심볼 동기를 행한다. 심볼 동기에 의해서 수신 신호는 심볼마다 직병렬 변환부(203)에서 병렬 신호로 변환되고, GI 제거부(204)에서 불필요한 GI가 제거된다. GI가 제거된 신호는 FFT 처리부(205)에서 주파수축 상의 데이터로 변환되어 시간적으로 직렬화되며, 디맵핑부(207)에서 복조 신호로서 출력된다.

출력된 복조 신호는 디인터리브부(209)에서, 인터리브부(109)에서의 비트 조작과 반대의 조작을 행하여, 비트의 순서를 원래대로 되돌린다. 원래대로 되돌아간 신호는 복호화부(210)에 입력되어, 예를 들면 비터비 복호 조작에 의해 오류 정정되어, 각각의 유저 단말기로부터의 수신 데이터 1부터 n으로서 출력된다. 이에 의해, 상향 회선의 SDMA를 실현한다.

다음으로, CSI 처리부(300)가 미리 송신하고자 하는 유저 단말기에의 CSI를 취득하는 수순에 대하여, 도 2와 도 3을 이용하여 설명한다.

도 2는, 무선 통신 시스템(1)에서, 액세스 포인트(2)로서 기능하는 본 실시예의 무선 통신 장치와, 종래의 무선 LAN 규격을 따른 종래 규격의 유저 단말기(4a, 4b)로 구성되는 것으로 한다. 이러한 무선 통신 시스템의 구성에서의, CSI 정보의 취득 수순을 도 3을 이용하여 설명한다. 도 3은, 액세스 포인트(AP)와 유저 단말기(UT4a, 4b) 사이에서의 프레임의 교환을 도시한 도면으로서, 종축은 시간의 경과를 나타내고 있다.

액세스 포인트는 최초로 유저 단말기(4a)에 MAC 컨트롤 프레임을 송신한다(S1a). MAC 컨트롤 프레임을 수신한 유저 단말기(4a)는, 이 MAC 컨트롤 프레임에 대한 레스펀스 프레임을 송신한다(S2a). 액세스 포인트는 유저 단말기(4a)로부터의 레스펀스 프레임을 수신함으로써, 액세스 포인트와 이 유저 단말기(4a)와의 사이의 CSI를 얻을 수 있다. 마찬가지로, 다른 유저 단말기(4b)에 대하여도, MAC 컨트롤 프레임을 송신(S1b)하고, 레스펀스 프레임을 수신(S2b)함으로써 유저 단말기(4b)의 CSI를 취득한다. 여기서, CSI는 액세스 포인트와 유저 단말기간의 상향과 하향에서 동일하다고 하는, 통신로의 대칭성을 이용하고 있어, 상향의 CSI를 하향 회선의 CSI로서 이용할 수 있다. 상기 수순에 의해, 미리 송신하고자 하는 유저 단말기에의 CSI를 취득할 수 있다.

취득한 CSI에 기초하여 액세스 포인트는 유저 단말기(4a, 4b)에 대하여 동시에 동일한 주파수를 이용하여 데이터를 송신(S3a, S3b)할 수 있다. 여기서는, 유저 단말기(4a, 4b)는 종래의 무선 LAN 규격을 따른 장치이기 때문에, 데이터 프레임을 다 수신하면, 소정 시간 후에 ACK 프레임을 송신(S4a, S4b)한다. 이에 의해, 데이터를 송수신하여, CSI를 취득할 수 있다.

다음으로, 도 4를 이용하여, 액세스 포인트가 복수의 유저 단말기로부터 동시에 동일한 주파수로 수신한 경우라도 MIMO 처리에 의해, 각각의 유저 단말기로부터 송신된 신호로 분해할 수 있는 이유에 대하여 설명한다.

유저 단말기(4a)로부터 액세스 포인트(2)의 안테나(201a)에의 전파 이득과 위상을 나타내는 복소수를 h₁₁로 하고, 유저 단말기(4a)로부터 액세스 포인트(2)의 안테나(201b)에의 전파 이득과 위상을 나타내는 복소수를 h₂₁로 한다. 마찬가지로, 유저 단말기(4b)로부터 액세스 포인트(2)의 안테나(201a)에의 전파 이득과 위상을 나타내는 복소수를 h₁₂로 하고, 유저 단말기(4b)로부터 액세스 포인트(2)의 안테나(201b)에의 전파 이득과 위상을 나타내는 복소수를 h₂₂로 한다.

전술한 수순대로, 미리 2행 2열로 표시되는 전파 행렬 H의 각 요소로 되는 h₁₁, h₁₂, h₂₁, h₂₂를 취득해 두고, 이 H의 역행렬을 구해 두어, 각각의 유저 단말기로부터의 송신 신호가 섞인 수신 신호에 대하여 상기 역 행렬을 곱함으로써, 각각의 유저 단말기로부터의 송신 신호로 분해할 수 있다. 이 때, 각각의 유저 단말기로부터의 송신 신호에 캐리어 주파수의 오프셋이 존재하고 있더라도, 각각의 유저 단말기로부터의 송신 신호로 분해할 수 있다. 각각의 유저 단말기의 캐리어 주파수 오프셋은 상기 도 1에 도시된 바와 같이 수신 MIMO 처리부(30) 뒤의 동기부(212)에서 보정된다.

다음으로, 도 5를 이용하여, 수신 MIMO 처리부(30)의 구성에 대하여 설명한다. 수신 MIMO 처리부(30)에는, 진폭·위상을 제어하기 위한 진폭·위상 제어부(A·P Con)(33)와, 진폭을 소정의 양만큼 변화시키는 복수의 가변 이득 앰프(34)와, 주파수마다의 위상을 소정의 양만큼 변화시키는 복수의 이상기(PS)(35)와, 복수의 이상기(35)의 출력을 가산하는 가산기(Add)(36)로 이루어진 복수의 수신 신호 합성 부(Rx Syn)(38(38-1∼38-n))가 포함되어 있다.

본 실시예의 무선 통신 장치가 포함하는 각각의 송수신 안테나(302)에서 수신한 신호는 송수신용 RF부(301)에서 베이스 밴드 신호로 변환되어, 수신 MIMO 처리부(30)에 입력된다. 즉, 수신 MIMO 처리부(30)에는 안테나 수 m과 동수의 입력(31-1∼31-m)이 있다. 각각의 입력(31-1∼31-m)은, 수신하고자 하는 유저 단말기 수 n과 동수의 수신 신호 합성부(38-1∼38-n)에 입력된다. 각 수신 신호 합성부(38)에서는, CSI(32)에 기초하여 진폭·위상 제어부(33)는 가변 이득 앰프(34)의 게인과 이상기(35)의 위상 시프트량을 제어한다. 이 때, 가산기(36)로부터의 출력이, 임의의 유저 단말기로부터의 송신 신호만으로 되도록 제어함으로써, 수신 신호 합성부(38)로부터의 출력은 수신하고자 하는 모든 유저 단말기로부터의 송신 신호를 수신 MIMO 처리부(30)의 출력(37-1∼37-n)으로서 출력할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 수신계에서 FFT 처리부(205)보다 앞에 수신 MIMO 처리부(30)가 구성되어, OFDM 복조 처리 전에 MIMO 처리를 행함으로써, SDMA의 상향 회선에서 복수의 무선 통신 장치간에서 캐리어 주파수 오차가 존재하는 경우에도, 수신측이 BER 특성을 현저히 열화시키지 않고, 복조할 수 있다. 즉, 캐리어 주파수가 서로 다른 복수의 무선 통신 장치로부터의 송신 신호를 수신할 수 있다.

또한, 무선 LAN 시스템에서, 종래의 규격을 따른 무선 LAN 단말기가 존재하는 경우에도, 상향 회선의 레스펀스 프레임에 대하여 SDMA를 적용할 수 있다. 즉, 액세스 포인트와 복수의 유저 단말기로 구성되는 무선 LAN 시스템에서, 유저 단말 기가 SDMA를 이용하는 것을 전제로 하고 있지 않은 종래 규격(예를 들면 IEEE802.11a나 IEEE802.11g)에 준거한 무선 통신 장치를 이용한 경우에도, 본 실시예에 따른 액세스 포인트를 이용함으로써 SDMA를 실현할 수 있다. 이에 의해, 유저 단말기로부터의 액세스 포인트에의 상향 신호를 동일 주파수에서 이용하여 동시에 전송할 수 있기 때문에, 시스템 전체의 스루풋을 향상시킬 수 있다. 또한, 동일한 주파수를 이용하여 동시 전송하기 때문에, 유한한 주파수의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

(실시예 2)

본 발명의 실시예 2를, 도 6을 이용하여 설명한다.

상기 실시예 1에서는, OFDM 복조의 일부인 FFT 처리부(205)보다 전에 MIMO 처리를 행함으로써, 유저 단말기마다의 캐리어 주파수가 서로 다른 경우에도, SDMA를 실현할 수 있었다. 본 발명을 실시할 때에, 통신을 필요로 하는 유저 단말기가 1대인 경우도 있을 수 있다. 이러한 경우에는, 종래의 MIMO 수신기의 구성에서 설명한 바와 같이, FFT 후에 MIMO 처리하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에 대응한 무선 통신 장치의 수신기의 구성예를, 실시예 2로서 도 6에 도시한다. 또한, 도 6은, 수신계만을 도시하고 있다.

본 실시예에서의 무선 통신 장치는, 종래의 MIMO 처리를 행하는 수신 MIMO 처리부(Rx MIMO Proc2: 제2 MIMO 처리부)(20)를 FFT 처리부(205)의 후단에 포함하고, 통상의 1대1의 MIMO 통신의 경우에는 수신 MIMO 처리부(30)를 바이패스하고, 수신 MIMO 처리부(20)를 이용하여 복조 처리를 행한다. 바이패스의 방법으로서는, 입력된 신호를 그 상태 그대로 출력하는 방법 등이 있다.

이것은, 수신 MIMO 처리부(30)에서는 캐리어 주파수의 오프셋에 대한 영향없이 MIMO 처리를 할 수 있지만, 주파수마다 진폭이나 위상을 제어하는 것이 곤란하기 때문이다. 한편, FFT 후에 MIMO 처리함으로써 주파수 선택성 페이딩에 의한 주파수축 방향의 이득, 위상이 일정하지 않은 경우의 보정이 용이해진다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상기 실시예 1과 마찬가지의 효과가 얻어짐과 함께, 상기 실시예 1에 기재된 수신기의 구성의 FFT 처리부(205)의 후단에 수신 MIMO 처리부(20)를 포함한 구성에 의해서, 상기 실시예 1에 기재된 SDMA 외에, 1대1의 MIMO 통신을 실현할 수 있다.

이상, 본 발명자에 의해 이루어진 발명을 실시예에 기초하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.

본 발명은, 송수신의 각각에서, 복수의 안테나를 이용하여 무선 통신을 행하는 시스템의 송수신기에 이용하기에 적합하다.

본원에서 개시되는 발명 중, 대표적인 것에 의해서 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 이하와 같다.

본 발명에 따르면, SDMA의 상향 회선에서 복수의 무선 통신 장치간에서 캐리어 주파수 오차가 존재하는 경우에도, 수신측이 BER 특성을 현저히 열화시키지 않고, 복조할 수 있다.

Claims

복수의 송신기로부터 송신되는 동일한 주파수대의 OFDM 신호를 동시에 수신하는 무선 통신 장치로서,

복수의 안테나와,

상기 복수의 안테나에서 수신한 상기 복수의 송신기로부터 송신된 신호가 섞인 수신 신호로부터, 각각의 송신기로부터 송신된 신호로 분해하는 제1 MIMO 처리부와,

OFDM 복조하기 위한 FFT 처리부와,

상기 FFT 처리부에서 서브 캐리어마다의 신호로 변환된 신호로부터 데이터를 구하는 복조부

를 포함하여 이루어지고,

수신 신호의 처리 순서로서 상기 제1 MIMO 처리부가 상기 FFT 처리부보다 앞에 구성되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제1항에 있어서,

상기 FFT 처리부보다 후단에 제2 MIMO 처리부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제2항에 있어서,

상기 제1 MIMO 처리부는, 입력된 신호가 그 상태 그대로 출력 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제3항에 있어서,

상기 제1 MIMO 처리부는,

진폭을 소정의 양만큼 변화시키는 가변 이득 앰프와,

주파수마다의 위상을 소정의 양만큼 변화시키는 이상기(移相器)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제4항에 있어서,

상기 무선 통신 장치와 상기 무선 통신 장치 이외의 복수의 다른 무선 통신 장치와의 각각의 사이에서 취득한 채널 정보에 기초하여, 상기 무선 통신 장치로부터 상기 복수의 다른 무선 통신 장치에의 송신 신호의 구성을 바꾸는 CSI 처리부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
제5항에 있어서,

상기 무선 통신 장치와 상기 복수의 다른 무선 통신 장치와의 각각의 사이의 채널 정보를 취득할 때에는,

상기 무선 통신 장치로부터, 상기 복수의 다른 무선 통신 장치로부터의 레스펀스 프레임(response frame)을 필요로 하는 컨트롤 프레임(control frame)을 송신 하고,

상기 무선 통신 장치는, 상기 컨트롤 프레임에 대한 상기 복수의 다른 무선 통신 장치로부터의 레스펀스 프레임을 이용하여 채널 정보를 취득하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.