KR20070064235A - 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다입력 다출력 방식의 무선 통신 장치 및 무선 통신 방식에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 무선 통신 장치는 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들, 복수의 송신 안테나들과 상기 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 채널 행렬 추정부, 추정된 채널 행렬을 이용하여 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 채널 용량 산출부 및 채널 용량이 최대가 되도록 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 안테나 패턴 제어부를 포함함으로써, 전파 환경에 적응하여 지향성이 제어되는 다입력 다출력 방식의 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법을 제공할 수 있다.

Description

무선 통신 장치 및 무선 통신 방법{Radio communication apparatus and radio communication method}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치에서 수신측 주요부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 송신 안테나수가 2개, 수신 안테나가 2개인 MIMO 방식에서 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 행렬 추정 방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 제1 수신 안테나 및 제2 수신 안테나가 가질 수 있는 안테나 패턴의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 6은 시뮬레이션에 이용한 안테나 패턴의 조합의 일례를 나타낸 모식도이다.
도 7은 LOS환경에서의 BER의 SNR 의존성을 도시한 그래프이다.
도 8은 NLOS환경에서의 BER의 SNR 의존성을 도시한 그래프이다.
본 발명은, 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법에 관한 것으로서, 특히 다입력 다출력 방식의 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법에 관한 것이다.
주파수 대역을 넓히지 않고 통신 용량을 크게 하는 방식으로서 송신기 안테나를 각각 복수개 설치하는 다입력 다출력(MIMO: Multi Input Multi 0utput) 기술이 있다. 이 기술 중 하나인 공간 분할 다중(SDM: Space Division Multiplexing) 방식에서는, 송신해야 할 데이터 스트림을 복수개의 서브 스트림으로 분할한 후에 각 안테나로부터 독립적으로 송신한다. 이와 같은 멀티 패스에 의해 병렬 전송된 신호를 복수의 안테나에 의해 수신한 후, 원래 데이터 스트림으로 복원한다. 이와 같이 하여 예를 들면, 무선 LAN 등에서 1채널당 전송할 수 있는 데이터량을 늘릴 수 있게 된다.
일반적으로, MIMO 방식의 모델에서는, 송신 벡터 신호(x)와, 수신 벡터 신호(y)와, 채널 행렬(H)과의 관계는 y=Hx로 표현할 수 있다. 이 경우, 채널 용량은 송신 전력, 채널 행렬(H), 송신 안테나수 등으로부터 구할 수 있다.
MIM0기술을 사용한 무선 통신 방식 중 각 안테나의 지향성 제어에 관한 기술 개시예가 "MIMO 방식의 무선 통신 시스템 및 무선 통신 장치"라는 제목을 갖는 일본 공개특허공보 2005-45351호(이하 특허문헌 1)에 개시되어 있다.
이 기술 개시예는, 채널 행렬(H)의 고유값들(eigenvalues)을 산출하고, 고유값들의 평균값보다 커지는 고유값들에 대한 채널 행렬(H)의 추정값을 역산한다. 이 채널 행렬(H)의 추정값을 실현하는 안테나 패턴, 즉 적응 어레이 안테나를 구함으 로써 원하는 안테나 지향성을 얻는 것이다.
그러나 이 기술 개시예에서는, 안테나 패턴을 결정하기까지의 계산량을 많이 필요로 하고, 또한 현재의 채널 행렬이 역산된 채널 행렬에 접근하도록 안테나의 지향성을 제어하기 때문에 그 안테나 패턴을 연속 가변으로 할 필요가 있다는 등의 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 안테나 패턴 선택 과정에서의 계산량을 줄이고, 전파 환경에 적응하여 지향성이 제어되는 복수의 송수신 안테나를 구비한 다입력 다출력 방식의 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법을 제공하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 통신 장치는 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들; 복수의 송신 안테나들과 상기 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 채널 행렬 추정부; 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 채널 용량 산출부; 및 상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 안테나 패턴 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 채널 행렬 추정부는 상기 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 복수의 수신 안테나들에 서 수신된 각각의 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정한다.
상기 실시예에 따르면, 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들 사이에 트레이닝 신호가 송수신되고, 그 상호 관계는 채널 행렬로 표현된다. 채널 행렬은, 트레이닝 신호를 사용하여 채널 행렬 추정부에 의해 추정된다. 상기 추정된 채널 행렬을 사용하여 복수의 수신 안테나들의 모든 안테나 패턴의 조합에 대해 채널 용량이 산출된다. 안테나 패턴 제어부는 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 채널 용량을 최대로 하는 안테나 패턴으로 각각 변화시킨다. 채널 용량을 최대로 하면 신호 전송 속도를 증가시킬 수 있고, 또 같은 신호 전송 속도로 통신을 하는 경우에는 비트 오류율(bit error rate, BER)이 저감되어 통신 품질을 개선할 수 있다. 이와 같이 하여 결정된 병렬 멀티 패스 전송 경로에 의해 대역폭을 확장시키지 않고 전송 데이터량을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 송신 안테나들은 제1 송신 트레이닝 신호 및 상기 제1 송신 트레이닝 신호와 직교하는 제2 송신 트레이닝 신호를 각각 송신하는 제1 송신 안테나 및 제2 송신 안테나를 포함하고, 상기 복수의 수신 안테나들은 제1 수신 트레이닝 신호 및 제2 수신 트레이닝 신호를 각각 수신하는 제1 수신 안테나 및 제2 수신 안테나를 포함하고, 상기 채널 행렬 추정부는, 상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제1 상관기; 상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제2 상관기; 상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제3 상관기; 및 상기 제2 수신 트레이닝 신 호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제4 상관기를 포함하고, 상기 채널 행렬 추정부는 상기 제1 내지 제4 상관기의 연산 결과를 상기 채널 행렬의 각 요소로 추정한다.
상기 실시예는 2×2의 다입력 다출력(MIMO) 무선 통신 장치이다. 상기 실시예에 따르면, 송신 트레이닝 신호들은 서로 직교되어 있으며 각 상관기의 출력을 채널 행렬의 각 요소로 추정하기 때문에 채널 추정이 간소해진다.
상기 다른 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 무선 통신 방법은, (a) 복수의 송신 안테나들과 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 단계; (b) 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 단계; 및 (c) 상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (a) 단계는 상기 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 복수의 수신 안테나들에서 수신된 각각의 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 복수의 송신 안테나들이 제1 송신 트레이닝 신호 및 상기 제1 송신 트레이닝 신호와 직교하는 제2 송신 트레이닝 신호를 각각 병렬로 송신하는 단계; 및 상기 복수의 수신 안테나들이 제1 수신 트레이닝 신호 및 제2 수신 트레이닝 신호를 각각 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 (a) 단계는, 상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계; 상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계; 상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계; 상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계; 및 상기 상관 연산들을 실행한 결과를 상기 채널 행렬의 각 요소로 추정하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1에서, 송신 벡터 신호(x)는 MIM0방식 송신기(10)에서 분할되어 각 송신부(미도시)로 보내진다. 각 송신부의 출력은 복수의 송신 안테나(12)로부터 방사된다.
이 경우 상기 복수의 송신 안테나(12)로부터 방사된 신호는 전송 경로, 즉 병렬 멀티 패스라고 생각할 수 있는 공간을 전파하여 제1 수신 안테나(14) 및 제2 수신 안테나(15)에 도달한다. 여기서 편의상 수신 안테나를 2개로 하여 설명하나, 수신 안테나는 2개 이상일 수 있으며 이는 본 발명의 범위에 속한다.
제1 및 제2 수신 안테나(14, 15)는 복수의 안테나 패턴, 예를 들면 2개의 안테나 패턴을 각각 갖는 구성으로 되어 있으며, 이 중에서 채널 용량이 최대가 되는 조합이 결정된다. 이 결정 방법에 관해서는 다음에 상세히 설명한다. 패턴 선택 스위치(16)에 의해 제1 및 제2 수신 안테나(14, 15)의 안테나 패턴이 바뀐다. 이 전 환 수단을 APS(Antenna Pattern Selection)라고 부르기로 한다.
선택된 안테나 패턴으로 바뀐 제1 수신 안테나(14)로부터의 수신 신호는 제1 RF 프론트 엔드부(18)를 경유하여 MIMO수신기(20)에 입력된다. 마찬가지로 제2 수신 안테나(15)로부터의 수신 신호는 제2 RF 프론트 엔드부(19)를 경유하여 MIMO수신기(20)에 입력된다. MIMO수신기(20)에서 2조의 수신 신호로부터 수신 벡터 신호(y)가 얻어진다. 또한 MIMO수신기(20)는 패턴 선택 스위치로 안테나 패턴을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 장치에서 수신측 주요부를 보다 상세히 나타낸 블록도이다.
본 블록도에서는, 이른바 송신 트레이닝 신호에 의해 최적 수신 안테나 패턴을 얻는 방법을 설명하기 위한 구성 요소를 주로 나타내고 있다. 우선 제1 수신 안테나(14)의 수신 신호는 제1 수신부(28)를 경유한 후 채널 행렬 추정부(36)에 입력된다. 제1 수신 안테나(14)는 가변 리액턴스(30)에 각각 접속된 2개의 도체를 포함하고 있으며, 가변 리액턴스(30)에 의해 제1 수신 안테나(14)의 지향성을 제어할 수 있다. 마찬가지로 제2 수신 안테나(15)도 동일한 작용에 의해 지향성이 제어되고, 그 수신 신호가 제2 수신부(29)를 경유한 후에 채널 행렬 추정부(36)에 입력된다.
채널 행렬 추정부(36)는 복수의 송신 안테나(12)와 복수의 수신 안테나(14, 15) 사이의 채널 행렬을 추정한다.
채널 용량 산출부(37)는 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여, 복수의 수신 안 테나(14, 15)의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출한다.
안테나 패턴 제어부(40)는 안테나 패턴 제어 회로(38)와 리액턴스 제어 회로(34, 35)로 구성된다. 안테나 패턴 제어 회로(38)는 채널 용량 산출부에서 산출된 채널 용량을 기초로, 상기 채널 용량이 최대가 되도록 안테나 패턴을 변화시키는 제어 신호를 출력하며, 리액턴스 제어 회로(34, 35)는 안테나 패턴 제어 회로(38)에서 출력된 제어 신호에 응답하여 가변 리액턴스(30, 31)를 변화시키는 제어 신호를 출력한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 통신 방법을 나타낸 흐름도이다.
우선, 복수의 송신 안테나 각각이 서로 독립된 송신 트레이닝 신호를 병렬로 송신한다(200단계).
복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나가 수신 트레이닝 신호를 병렬로 수신한다(202단계).
송신 트레이닝 신호와 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 복수의 송신 안테나와 상기 복수의 수신 안테나 사이의 채널 행렬을 추정한다(204단계).
상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출한다(206단계).
상기 복수의 수신 안테나의 안테나 패턴의 조합을 전부 변화시켜, 상기 채널 용량을 비교하고, 채널 용량이 최대가 되는 안테나 패턴의 조합이 되도록 안테나 패턴을 변화시킨다(208단계). 이와 같이 하여 채널 용량이 최대가 되는 채널 행렬에 따라 통신이 개시된다.
이하 보다 상세히 각 단계에 대해서 설명을 한다. 우선 채널 행렬 추정 단계(204단계)에 대해서 보다 상세히 설명한다.
도 4는 송신 안테나수가 2개, 수신 안테나가 2개인 MIMO방식에서 본 발명의 일 실시예에 따른 채널 행렬 추정 방법을 설명하기 위한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 채널 행렬 추정부(36)는 제1 내지 제 4 상관기(50, 52, 54, 56)로 구성되어 있다. MIMO 송신기의 제1 송신부(100)에서는 송신 트레이닝 신호 벡터(s1)에 의해 변조된 반송파가 제1 송신 안테나(120)로 보내진다. 마찬가지로 송신 트레이닝 신호 벡터(s2)에 의해 변조된 반송파가 제2 송신 안테나(112)로 보내진다. 제1 송신 안테나(120) 및 제2 송신 안테나(122)는 동일 주파수대에서 독립 신호를 병렬 멀티 패스로 전송하게 된다. 이 병렬 멀티 패스는, 채널 행렬(H)에서 나타낼 수 있다. 즉 수신 트레이닝 신호를 r1 및 r2로 각각 표현할 때 y=Hx에 따라서 다음의 수학식 1 및 수학식 2로 표현할 수 있다.
r1=s1h11+s2h12
r2=s1h21+s2h22
한편 수신부에도 제1 수신 안테나(14) 및 제2 수신 안테나(15)의 2개의 수신 안테나가 배치된다. 제1 수신 안테나(14)에 입사된 변조된 반송파는 제1 수신 부(18)에 의해 제1 수신 트레이닝 신호(r1)가 되어 출력된다. 마찬가지로 제2 수신 안테나(15)에 입사된 변조된 반송파는 제2 수신부(19)에 의해 제2 수신 트레이닝 신호(r2)가 되어 출력된다. r1은 2분할되어 제1 상관기(50) 및 제2 상관기(52)로 입력되고, r2는 2분할되어 제3 상관기(54) 및 제4 상관기(56)로 입력된다.
s1과 s2는 M계열이나 월쉬(Walsh)계열과 같은 준직교(quasi-orthogonal) 혹은 직교(orthogonal)하는 신호로서, 다음의 수학식 3을 만족한다.
s1*s1=1
s1*s2=0
s2*s2=1
여기서, *는 상관기(correlator)에 의한 상관연산(correlation calculation)이다.
제1 내지 제4 상관기(50, 52, 54, 56)는 수학식 4 내지 7에 나타난 상관 연산을 실행한다.
Figure 112006064226235-PAT00001
Figure 112006064226235-PAT00002
Figure 112006064226235-PAT00003
Figure 112006064226235-PAT00004
위와 같이, 수학식 3을 만족하는 경우, 수학식 4 내지 7 및 도 4에 나타난 바와 같이 제1 상관기(50)로부터는 추정값(h11), 제2 상관기(52)로부터는 추정값(h12), 제3 상관기(54)로부터는 추정값(h21), 제4 상관기(56)로부터는 추정값(h22)을 얻을 수 있다. 이와 같이 하여 송신 트레이닝 신호 및 수신 트레이닝 신호를 이용하여 채널 행렬(H)의 추정값을 구할 수 있다.
다음으로, 채널 용량 산출 단계(206단계)에 대해서 보다 상세히 설명한다.
채널 용량 산출부(37)는 평균 잡음 전력을 결정하여 수신 평균 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 산출한다. 그리고, 수신 평균 신호대잡음비와 204단계에서 구한 채널 행렬(H)의 추정값을 이용하여 채널 용량(C)을 산출한다. 채널 용량(C)은 수학식 8에 나타난 바와 같이 주파수 근방의 최대 신호 전송 속도(bps/Hz)로 표시되며 섀넌(Shannon) 용량이라고도 불리운다.
Figure 112006064226235-PAT00005
여기서, I는 단위 행렬, SNR은 수신 평균의 신호대잡음비, N은 수신 안테나 수, H는 채널 행렬, 위첨자 H는 복소 공액 전치(transposed conjugate)를 나타낸다.
도 5는 제1 수신 안테나(14)가 가질 수 있는 안테나 패턴이 a1, a2, a3이고, 제2 수신 안테나(15)가 가질 수 있는 안테나 패턴이 b1, b2, b3인 경우의 안테나 패턴의 일례를 나타낸 모식도이다. 이 경우에 안테나 패턴의 조합은 표 1에 나타난 바와 같이 9종류가 된다.
패턴의 조합 제1 수신 안테나 제2 수신 안테나 채널 용량
P11 a1 b1 C11
P12 a1 b2 C12
P13 a1 b3 C13
P21 a2 b1 C21
P22 a2 b2 C22
P23 a2 b3 C23
P31 a3 b1 C31
P32 a3 b2 C32
P33 a3 b3 C33
덧붙여, 제1 수신 안테나(14) 및 제2 수신 안테나(15)가 가질 수 있는 안테나 패턴은 공통의 안테나 패턴으로 한정되지는 않으며 또한 안테나 패턴의 수도 한정되지 않는다.
208단계에서, 각 수신 안테나(14, 15)의 안테나 패턴이 상기 4개의 채널 용량이 최대가 되는 안테나 패턴으로 바뀐다. 이 최대 채널 용량이 결정될 때까지 트레이닝 신호의 송신이 지속된다. 또 트레이닝 신호의 송신에 관해서는, 미리 정해진 일정 지속 시간을 규정하거나 혹은 수신측에서의 모든 패턴의 조합에서의 채널 행렬을 구하는 계산이 종료된 후, 수신측에서 송신측으로 통지(핸드 셰이크)함으로써 종료된다. 안테나 패턴의 변화는, 도 2에서, 안테나 패턴 제어 회로(38)로부터의 제어 신호가 리액턴스 제어 회로(34, 35)에 전달되고, 리액턴스 제어 회로(34, 35)가 가변 리액턴스(30, 31)를 적정값으로 설정함으로써 실현한다.
이상의 단계 후에 통신이 개시되어, 추정된 채널 행렬(H)에 따라 수신 벡터 신호로부터 원래의 데이터 스트림을 구할 수 있다. 본 실시예를 기술 개시예(특허문헌 1)와 비교한다. 기술 개시예에서는, 평가 함수는 채널 행렬(H)이고 채널 행렬(H)추정, 추정된 채널 행렬(H)로부터의 역산, 안테나 패턴 작성의 3종류의 연산이 필요하다. 이에 대해서 본 실시예에서는 평가 함수로서 신호대잡음비(SNR)도 사용하고 있으며, 채널 용량을 직접적으로 산출할 수 있다. 이 결과, H추정, 채널 용량의 2종류로 적은 연산으로 해결된다. 또 안테나 패턴이 연속 가변 어레이 안테나일 필요가 없으며 여러 개 중에서 선택하면 되기 때문에 결정이 용이해진다.
여기에서, 2×2의 MIMO 방식에서의 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 6은, 본 시뮬레이션에 이용한 안테나 패턴의 조합의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 6(a)는 비교 대상이 되는 Omni 패턴, 도 5(b)는 패턴의 조합 P21, 도 5(c)는 패턴의 조합 P31을 나타낸다. 이 경우, 채널 용량의 시뮬레이션 결과를 표 2에 나타낸다.
Omni 패턴 패턴의 조합 P21 패턴의 조합 P31
LOS 11.09 12.55 11.54
NLOS 9.27 9.35 10.24
여기서 단위는 bps/Hz 이다.
LOS(Line of Sight) 환경에서는 패턴의 조합 P21이, NLOS(None Line of Sight) 환경에서는 패턴의 조합 P31이 보다 큰 채널 용량으로 되어 있다. 채널 용량을 크게 할수록 비트 오류율(BER)로 대표되는 통신 품질을 개선할 수 있다.
또 2×2의 MIMO방식에서 MMSE(Minimum Mean Square)에 의한 16QAM 디지털 변조 방식에서의 비트 오류율(BER)을 평가한 예에 대해서 설명한다.
도 7은, LOS 환경에서의 BER에 대해서 Omni 패턴(점선), 패턴의 조합 P21(일점쇄선), 패턴의 조합 P31(실선)을 비교한 그래프이다.
도 7을 참조하면, Omni 패턴, 패턴의 조합 P31, 패턴의 조합 P21의 순서대로 BER를 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 패턴의 조합 P21의 경우 SNR이 16dB에서 BER가 약 0.0001로 개선되어 있다.
도 8은, NLOS 환경에서의 BER에 대해서 Omni 패턴(점선), 패턴의 조합 P21(일점쇄선), 패턴의 조합 P31(실선)을 비교한 그래프이다.
도 8을 참조하면, Omni 패턴, 패턴의 조합 P21, 패턴의 조합 P31의 순서대로 BER가 개선되어 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들면, 패턴의 조합 P31의 경우 SNR이 16dB에서 BER가 약 0.00001 이하까지개선되어 있다.
이와 같이 안테나 패턴에 의해 채널 용량 및 BER가 변화하기 때문에 통신 개시시 뿐 아니라 BER 악화시에 안테나 패턴의 선택을 다시 한 번 함으로써 채널 용량이 커지도록 안테나 패턴을 제어한다. 이 결과 BER 등의 통신 품질이 개선된다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이상, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들면 안테나, 안테나 패턴 선택 스위치, 채널 추정부, 채널 용량 산출부, 안테나 패턴 제어부, 상관기, 가변 리액턴스 등에서의 각종 설계 변경 및 채널 행렬 추정 단계 등에서의 각종 변경에 대해서도 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 한 본 발명에 포함된다.
본 발명에 의하면, 복수의 송신 안테나들과 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하고, 이 채널 행렬을 이용하여 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하고, 이 채널 용량이 최대가 되도록 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시킴으로써 안테나 패턴 선택 과정에서의 계산량을 줄이고, 전파 환경에 적응하여 지향성이 제어되는 다입력 다출력 방식의 무선 통신 장치 및 무선 통신 방법을 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들;
    복수의 송신 안테나들과 상기 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 채널 행렬 추정부;
    상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 채널 용량 산출부; 및
    상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 안테나 패턴 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 채널 행렬 추정부는 상기 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 복수의 수신 안테나들에서 수신된 각각의 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각각의 송신 트레이닝 신호는 준직교 또는 직교하는 신호인 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수신 안테나들은 가변 리액턴스를 포함하며,
    상기 안테나 패턴 제어부는 상기 가변 리액턴스를 변화시킴으로써 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 안테나 패턴 제어부는,
    상기 채널 용량 산출부에서 산출된 채널 용량을 기초로, 상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 제어 신호를 출력하는 안테나 패턴 제어 회로; 및
    상기 안테나 패턴 제어 회로에서 출력된 제어 신호에 응답하여 상기 가변 리액턴스를 변화시키는 제어 신호를 출력하는 리액턴스 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 채널 행렬 추정부는,
    상기 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 각각의 수신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행한 결과를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정하는 것을 특징으로 하는 무 선 통신 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 송신 안테나들은 제1 송신 트레이닝 신호 및 상기 제1 송신 트레이닝 신호와 직교하는 제2 송신 트레이닝 신호를 각각 송신하는 제1 송신 안테나 및 제2 송신 안테나를 포함하고,
    상기 복수의 수신 안테나들은 제1 수신 트레이닝 신호 및 제2 수신 트레이닝 신호를 각각 수신하는 제1 수신 안테나 및 제2 수신 안테나를 포함하고,
    상기 채널 행렬 추정부는,
    상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제1 상관기;
    상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제2 상관기;
    상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제3 상관기; 및
    상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 제4 상관기를 포함하고,
    상기 채널 행렬 추정부는 상기 제1 내지 제4 상관기의 연산 결과를 상기 채널 행렬의 각 요소로 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 채널 용량 산출부는 상기 추정된 채널 행렬 및 수신 신호대잡음비를 이용하여 상기 채널 용량을 산출하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  9. 복수의 송신 안테나들;
    복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들;
    상기 복수의 송신 안테나들과 상기 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 채널 행렬 추정부;
    상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 채널 용량 산출부; 및
    상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 안테나 패턴 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
  10. (a) 복수의 송신 안테나들과 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 단계;
    (b) 상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 단계; 및
    (c) 상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 복수의 송신 안테나들로부터 송신된 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 복수의 수신 안테나들에서 수신된 각각의 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 수신 안테나들은 가변 리액턴스를 포함하며,
    상기 (c) 단계는 상기 가변 리액턴스를 변화시킴으로써 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (a) 단계는 상기 각각의 송신 트레이닝 신호와 상기 각각의 수신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행한 결과를 이용하여 상기 채널 행렬을 추정하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 송신 안테나들이 제1 송신 트레이닝 신호 및 상기 제1 송신 트레이닝 신호와 직교하는 제2 송신 트레이닝 신호를 각각 병렬로 송신하는 단계; 및
    상기 복수의 수신 안테나들이 제1 수신 트레이닝 신호 및 제2 수신 트레이닝 신호를 각각 수신하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (a) 단계는,
    상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계;
    상기 제1 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계;
    상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제1 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계;
    상기 제2 수신 트레이닝 신호와 상기 제2 송신 트레이닝 신호의 상관 연산을 실행하는 단계; 및
    상기 상관 연산들을 실행한 결과를 상기 채널 행렬의 각 요소로 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  15. 복수의 송신 안테나들이 각각 송신 트레이닝 신호를 병렬로 송신하는 단계;
    복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들이 각각 병렬로 수신 트레이닝 신호를 수신하는 단계;
    상기 송신 트레이닝 신호와 상기 수신 트레이닝 신호를 이용하여 상기 복수의 송신 안테나들과 상기 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패 턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법.
  16. 복수의 송신 안테나들과 복수의 안테나 패턴을 각각 가지는 복수의 수신 안테나들 사이의 채널 행렬을 추정하는 단계;
    상기 추정된 채널 행렬을 이용하여 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴의 조합에 대응하는 채널 용량을 산출하는 단계; 및
    상기 채널 용량이 최대가 되도록 상기 복수의 수신 안테나들의 안테나 패턴을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 통신 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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