KR20100017056A

KR20100017056A - 안테나 트레이닝과 다중 빔형성 통신에 관한 통신 프로토콜에 관한 방법 및 시스템.

Info

Publication number: KR20100017056A
Application number: KR1020090070681A
Authority: KR
Inventors: 쥬 노; 펭페이 시아
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2010-02-16
Also published as: WO2010013971A3; EP2308180A2; JP5639584B2; KR101126335B1; CN102100013A; EP3139508B1; US20100026560A1; WO2010013971A2; EP2308180A4; EP3139508A1; CN102100013B; JP2011529665A; US7773030B2

Abstract

다중-입력 다중-출력 통신 스테이션간의 복수의 병렬 데이터 스트림들의 통신을 위한 안테나 트레이닝 방법 및 시스템이 개시된다.

일 실시예는 다차원 빔형성 계수들을 추정하는 다중 스테이지 반복에 의하여 최적의 안테나 트레이닝 계수들을 획득함으로써 안테나 트레이닝을 수행하는 것과 관련된다.

SVD, 빔형성

Description

안테나 트레이닝과 다중 빔형성 통신에 관한 통신 프로토콜에 관한 방법 및 시스템.{Method and system for antenna training and communication protocol for multi-beamforming communication}

본 발명은 데이터 통신에 관한 것이며, 특히 빔 형성(beamforming) 통신에 관한 것이다.

송신기와 수신기를 포함하는 통신 시스템에서, 안테나 어레이(array) 빔형성은 신호의 품질을 향상시키고(높은 지향성 안테나 빔형성 게인) 전송된 신호를 밀집된 방향으로 조정함으로써 통신 범위를 확대시킨다. 이러한 이유로 빔형성은 레이더, 소너 및 다른 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.

안테나 트레이닝 접근법은 일차원적으로 동작하는 빔형성을 전송하거나 수신하기 위하여 제안되었다. 그러나, 그러한 트레이닝 접근법은 다차원 빔 형성에는 사용되거나 적용될 수 없다. 프리코딩을 전송하는 것으로도 알려진 다중-빔 형성)

본 발명은 안테나 트레이닝 방법 및 장치를 제공한다. 일 실시예는 다중-입력 다중-출력 통신 스테이션들간의 다추원 빔형성 데이터 통신을 위한 안테나 트레이닝을 수행하는 방법을 포함하며, 안테나 트레이닝은 다차원 빔형성 계수들을 추정하는 다중 스테이지 반복에 의하여 최적의 안테나 트레이닝 계수들을 획득하는 것을 포함한다.

다차원 빔형성 계수들을 추정하는 단계는, 소스 스테이션이 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터(prior transmit beamforming vector)들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계; 상기 소스 스테이션이 상기 제 1 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 도메인에서 전송하는 단계; 목적 스테이션이 상기 제 1 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 제 1 수신 빔형성 벡터를 획득하는 단계; 상기 소스 스테이션이 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 단계; 상기 목적 스테이션이 상기 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 추정하는 단계; 상기 소스 스테이션이 피드백된 제 2 전송 빔형성 벡터를 디코디/변형하도록 상기 목적 스테이션이 상기 추정된 제 2 전송 빔형성 벡터를 상기 소스 스테이션으로 피드백하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡터들과 직교한다.

다차원 빔형성 계수들을 추정하는 단계는 대안적으로 소스 스테이션이 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계; 상기 소스 스테이션이 상기 획득된 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역(spatial domain)에서 전송하는 단계; 목적 스테이션이 상기 획득된 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 존재한다면 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 수신 빔형성 벡터를 계산하는 단계; 상기 목적 스테이션이 상기 계산된 수신 빔형성 벡터 또는 상기 계산된 수신 빔형성 벡터의 켤레복소수에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역에서 전송하는 단계; 및 상기 소스 스테이션이 상기 목적 스테이션으로부터 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 생성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡터들과 직교한다.

본 발명은 통신 시스템내의 송신부 및 수신부 양측에서의 안테나 트레이닝 및 다차원 빔형성(다중-빔형성, multi-beamforming)을 위한 통신 프로토콜 방법 및 시스템을 제공한다. 안테나 어레이는 송신부 및 수신부 양쪽에서 사용되며 페이로드 데이터가 상호간에 전송되기 전에 트레이닝 되어야 한다. 본 발명은 다차원 빔형성 통신에 있어서, 송신부 및 수신부 측에서 안테나를 트레이닝 하는 효과적인(복잡도가 낮은) 접근법을 제공한다.

이하에서는 본 발명의 두 가지 실시 예가 서술된다. 일 실시예에서는, 송신 단 및 수신단 측에서 트레이닝 된 안테나 어레이 벡터들을 획득하기 위하여 풀(full) 특이값 분해(singular value decomposition, 이하에서는 SVD)를 사용하는 대신에, 랭크가 감소된 SVD 작업에 기초하여 메트릭스 반복 알고리즘(matrix iterative algorithm, 이하에서는 MIA)을 사용한다. 풀 SVD(한번의 작업)와 비교하여 MIA 알고리즘은 연산 복잡도가 상당히 줄어든 반복 알고리즘이다. 다중 빔형성 통신을 위하여 송신단 및 수신단측에서 최적의 안테나 어레이 빔형성 계수(최적의 트레이닝 벡터)를 획득하는데 있어서 MIA는 풀 SVD에 의존하지 않는다. MIA는 하나의 단계 알고리즘이며, 하나의 단계는 여러번의 반복을 수반한다.

두 번째 실시예에서, 벡터 반복 알고리즘(vector iterative algorithm, 이하 VIA)이 사용된다. VIA는 SVD를 완전히 배제함으로써 연산 복잡도를 줄인다. MIA가 여러번의 반복(iteration)이 수반되는 오직 하나의 스테이지만을 포함하는데 반하여, VIA는 다수의 스테이지를 포함하며, 각각의 스테이지는 여러번의 반복을 수반한다. 다중 빔 형성 통신을 위하여 송신측 및 수신측에서 최적의 안테나 어레이 빔형성 계수(최적의 트레이닝 벡트)를 획득하는데 있어서 VIA는 SVD에 전혀 의존하지 않는다. VIA는 연속 다중 스테이지 알고리즘이며, 하나의 스테이지는 다른 스테이지 에 연결된다. 각각의 스테이지내에서 여러 번의 반복이 수행된다. MIA 및 VIA 모두에서 연산 효율성을 유지한 채 최적의 트레이닝 벡터가 획득된다. 상술한 바와 같이, MIA는 여러 번의 반복이 수반되는 오직 하나의 스테이지만을 요구하지만 다수의 스테이지를 요구하는 VIA에 비하여 연산 복잡도는 더 크다.

통신 수단은 무선, 동축, 광등일 수 있다. 본 발명은 IEEE 802.15.3c 및 밀 리미터파 통신 네트워크(ECMA 국제 조직 ECMA-60 GHz 무선 프로토콜)에서의 ECMA 표준과 같은 초고속 무선 통신(very high throghput wireless communications)에 사용될 수 있으며, 비압축 비디오 전송에서의 무선 HD 표준의 구현에 사용될 수 있다. 무선 HD(Wireless HD,WIHD)는 60GHz 주파수 대역에서 무선 HD 디지털 신호를 전송하기 위한 무선 디지털 네트워크 인터페이스 스펙을 정의하기 위한 산업체 주도의 작업이다. (예를 들면, CE 장치 및 다른 전자 장치등을 위한 것이다.) 일 예로, 무선 HD 네트워크는 수Gbps(gigabits per second)의 물리 계층(physical layer) 데이터 전송 속도를 지원하기 위하여 60 GHz 대역의 밀리미터파 기술을 사용하며, 비압축 HDTV(high definition television) 신호를 무선으로 전송하는데 사용될 수 있다. 본 발명은 공지된 다른 무선 통신 시스템과 함께 사용된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템(150)의 기능적 블록도를 나타낸다. 시스템(150)은 프리코딩 또는 MIMO(multi-input multi-output) 통신을 위한 다차원 빔형성을 구현한다. 시스템(150)은 송신단(Tx) 프리코딩부(152) 및 수신단(Rx) 결합부(즉, 수신 안테나 트레이닝부)(154)를 포함한다.

안테나 트레이닝 단계에서, 프리코딩부(152)는 다중 빔형성 전송 안테나를 트레이닝하는 기능을 수행하며, 결합부(154)는 다중 빔형성 수신 안테나를 트레이닝하는 기능을 수행한다. 도 2 및 도 3에서 상세히 후술하는 바와 같이 안테나 트레이닝 단계에서 프리코딩부(152) 및 결합부(154)는 다중 빔형성 전송 계수 V와 다중 빔형성 수신 계수 W의 결정에 협력한다.

데이터 페이로드 통신 단계에서, 송신단 프리코딩부(152)는 복수개(Ns)의 입 력 스트림에 대하여 전송 프리코딩 작업을 적용하며, Ns 스트림들을 복수개(Nt)의 전송 스트림으로 변환한다. 이 때, Nt는 전송 안테나들의 개수이다. 변환은 입력 스트림에 Nt*Ns인 프리코딩 행렬 V를 곱하는 행렬 곱을 이용하여 수행된다.

다음으로 프리코딩된 Nt 스트림들은 전송단측의 Nt 안테나 성분들을 통하여 전송되며, 이 후 Nr 스트림으로써 수신단 측에서 수신된다. Nr은 수신 안테나의 개수이다.

수신단 결합부(154)는 수신된 Nr 스트림들에 대하여 수신 결합 작업을 수행하며, 수신된 스트림들을 Ns 스트림들로 변환한다. Ns는 프리코딩 이전에 송신단측에서의 원본 데이터 스트림들의 개수이다. 수신단 측에서의 변환은 수신된 Nr 스트림에 Ns*Nr 행렬 또는 아래의 W에 관한 공액 전치(conjugate transpose) 버전을 곱하는 행렬 곱을 이용하여 수행된다.

.

이러한 시스템에서, Nt>=Ns, Nr>=Ns이다. 다음의 예들은 Nt와 Nr이 동일한 order이 아니며, Nt>>Ns, Nr>>Ns인 경우를 포커싱한다. 예를 들면, WiHD 1.0에서, Ns=1이고, Nt=Nr=36이다. 보편성을 해하지 않고 본 실시예에서는 Nr=Nt=N 라고 가정한다. (일반적으로 Nt와 Nr은 상이할 수 있다.)

무선 채널은 다음과 같은 행렬 채널 H로 표현될 수 있다.

,

을 각각 수신단 및 송신단에서의 Ns 스트림을 나타내는 정보 심블로 둔다. 입력 출력 관계는 R=W^HHVS표현될 수 있다.

여기에서는 이해의 편의를 위하여 노이즈는 고려되지 않는다. 또한, 플랫 채널(flat channel)의 경우를 설명한다. 그럼에도 불구하고, 이러한 과정들은 노이즈 및 논-플랫 채널(non-flat channel)을 포함하거나, 직교 주파수 분할(orthogonal frequency division multiplexing, 이하 OFDM)과 같은 다중 반송파 시스템(multi-carrier system) 또는 단일 반송파 블록 전송(single carrier block transmission)에도 유사하게 확장될 수 있다. 본 발명이 적용될 수 있는 예시적인 통신 시스템은 예를 들면 심블간 간섭(inter-symbol interference)이 없는 단일 반송파 플랫 페이딩 시스템, 주기적 전치 부호(cyclic prefix)를 갖는 단일 반송파 블록 전송 시스템, OFDM 시스템등을 포함한다.

송신단에서 프리코딩부(152)는 다차원 전송 빔형성(multi-dimensional transmit beamforming)을 포함한다. 수신단에서 결합부(154)는 다차원 수신빔 형성(multi-dimensional receive beamforming)을 포함한다. 다차원이라는 용어는 일반적으로 Ns>=1임을 지칭한다. Ns=1인 특별한 경우, 상기 절차는 송신단에서의 전송 빔 형성과 수신단에서의 수신 빔 형성을 포함한다.

상술한바와 같이 일 실시예에서 실제 통신 시스템은 두 가지 단계로 나누어진다. 안테나 트레이닝 단계에서는, 전송단과 수신단을 위한 다중 빔 형성 벡터와 마찬가지로 프리코딩 행렬 V(다중 빔 형성 전송 계수를 포함한다.)가 프리코딩부(152)에 의하여 계산되며 결합 행렬 W(다중 빔 형성 수신 계수를 포함한다.)가 결합부(154)에 의하여 계산된다. 다음으로 페이로드 단계에서는, 실제 데이터 페이로드가 빔 조정을 위한 V 및 W를 이용하여 빔형성된 고-이득 통신 선로를 통하여 전달된다. 일반적으로, 안테나를 효율(high throughput) 데이터를 전송하는데 사용하기 이전에 전송 다중 빔형성 계수 행렬(transmit multi-beamforming coeffiecient matrix) V 및 수신 다중 빔형성 계수 행렬(receive multi-beamforming coeffiecient matrix) W가 획득되도록 안테나들이 먼저 트레이닝 되어야 한다. 상술한바와 같이 본 발명은 최상의 안테나 어레이 다중 빔형성 계수를 결정하기 위하여 반복적인 프로세스를 필요로하며(즉, 송신단 및 수신단 각각에서 본질적으로 최적인 트레이닝 벡터 V 및 W) 이는 이하에서 상세히 후술한다.

크기가 N*N인 임의의 채널 행렬 H를 가정하면, H의 특이 값 분해는 H=UST^H로 표현될 수 있다. 여기에서, U는 U^HU=I를 만족하는 반-유니터리(semi-unitary) 행렬이고, S는 대각상에서 감소하는 방향으로 특이값을 포함하는 N*N 대각 행렬(diagonal matrix)이며, T는 TT^H=I인 N*N 유니터리 행렬이다. Nr<Nt, or Nr>Nt에서 유사한 결과치가 획득될 수 있다.

V 및 W의 최적의 결과는 U, T, 채널 행렬 H의 좌측 특이행렬(left singular matrix) 및 우측 특이행렬(right singular matrix)에 기초하여 선택될 수 있다. 특히, V는 H의 우측 특이행렬인 T의 첫 번째 Ns 열로써 선택될 수 있다. V는 다음과 같다.

또한, W는 H의 좌측 특이행렬 U의 첫 번째 Ns 열로써 선택될 수 있다. W는 다음과 같다.

.

그러나, 요구되는 풀 SVD 작업을 기초로 N*N 크기의 주어진 행렬 H에 대해 U 및 T를 얻기 위한 수학적 복잡도는 매우 크다. (즉, 3N 차수) 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 최적의 V 및 W 결과 값은 큰 연산 복잡도를 요구하는 H에 대한 풀 SVD 없이 상술한 MIA 및 VIA 과정을 이용하여 얻어진다.

크기가 N*N인 임의의 행렬 H=U_HS_HT_H ^H을 생각해보자. B는 B^HB=I_NS를 만족하는 N*Ns 반-유니터리 행렬인 것으로 가정한다. 본 발명에 따른 일 실시예에서 B는 크기가 N*N인 유니터리 행렬의 첫 번째 Ns 열로써 고정된다. 이제 역시 N*Ns 행렬인 C=HB 곱의 SVD를 생각해보자. C=U_HS_HT_H ^HB가 도출된다. 따라서, C의 SVD에 대해서 U_C=U_H, S_C=S_H, T_C=T_H ^HB를 얻을 수 있다. 이 때, U_C,S_C,T_C는 각각 C의 좌측 특이행렬, 대각특이값, 우측 특이행렬을 나타낸다. 본질적으로, 행렬 HB 및 H는 동일한 좌측 특이 행렬 U_C=U_H를 공유하며, B^HB=I_NS일 때 대각 값 S_C=S_H이다.

반면, H_H=T_HS_HU_H ^H이며, T_HS_HU_H는 각각 H^H의 좌측 특이행렬, 대각 특이값 및 우측 특이행렬이다. 유사하게, H^HB=T_HS_HU_H ^HB이며, B^HB=I_NS일 때, T_H,S_H,B^HU_H는 각각

의 좌측 특이행렬, 대각 특이 값 및 우측 특이행렬이다. 일반적으로, 원본 채널 행렬의 좌측 특이행렬 U_H및 우측 특이행렬 T_H는 HB 및 H^HB에 기초하여 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 MIA 및 VIA에서는 후술하는 바와 같이 V 및 W를 결정하기 위하여 원본 행렬 H의 풀 SVD를 요구하지 않는다.

V 및 W 획득을 위한 MIA 프로세스

본 발명에 따른 MIA 프로세스의 일 예에서는, 임의의 반-유니터리 행렬을 V로써 선택함으로써 초기에 채널 행렬 H가 계산된다. 예를 들면, 초기에 V는 N*N 크기의 단위 행렬의 첫 번째 Ns 열로써 선택될 수 있다. 도 2를 참고하면, MIA 프로세스(200)의 일 예는 다음을 포함한다.

블록 201: N*Ns 행렬인 곱행렬 A=HV를 획득하기 위하여 행렬 H와 행렬 V를 곱한다.

블록 202: 곱행렬 A의 SVD를 계산한다. (Ns<N 일때 이는 N*Ns² 차수의 연산 복잡도를 가진다.)

블록 203: N*Ns 행렬인 수신 다중 빔 형성 계수들의 새로운 행렬 W를 생성하기 위하여, 행렬 A의 특이 벡터를 유도하는 Ns를 수집한다.

블록 204: 행렬 B=H'W를 획득하기 위하여 행렬 H'를 새롭게 생성된 행렬 W와 곱한다. 이 때, 곱 행렬 B는 N*Ns 행렬이다.

블록 205: 행렬 B의 SVD를 계산한다.(이는 N*Ns² 차수의 연산 복잡도를 갖는다.)

블록 206: N*Ns 행렬인 전송 다중 빔 형성 계수들의 갱신된 행렬 V를 형성하기 위하여, 행렬 B의 특이 벡터들을 유도하는 Ns를 수집한다.

블록 207: 수렴 조건이 만족되지 않으면, 블록 201을 다시 진행한다.

블록 201에서 블록 206 까지의 각각의 블록을 반복하는 것이 한번의 반복에 해당하며, 일반적으로 프로세스에 대한 수차례 반복 (예를 들면, Niter=3 내지 4번의 반복)으로 V 및 W에 대한 결과치가 수렴된다. 중요한 것은 H의 풀 SVD(N³ 차수의 복잡도)를 계산하는 대신에, MIA 프로세스는 오직 2*Ns²*N*Niter 차수(order)의 복잡도를 가니다. Niter은 반복의 횟수이다.

예를 들어, Ns=1, Niter=4, N=36인 경우, V 및 W를 결정하기 위한 최종 연산 복잡도가 V 및 W를 결정하기 위한 H의 풀 SVD와 비교하여 162배 차수(order)만큼 감소된다.

예를 들어, Ns=2, Niter=4, N=36인 경우, 최종 연산 복잡도의 41배 차수만큼 감소된다. 따라서, V 및 W에 대한 최적의 결과를 얻는데 있어서 MIA 프로세스에서 의 복잡도가 훨씬 작다는 것이 명확하다. 일반적으로 Nt 및 Nr이 동일하지 않을 경우 H의 풀 SVD를 이용하면 연산 복잡도가 min(Nt² x Nr, Nr² x Nt)이 된다. 반면, MIA 프로세스의 연산 복잡도는 Ns²*(Nt+Nr)*Niter이 된다. 이러한 연산 복잡도의 비교는 아래의 표 1에서 자세히 보여진다.

[표 1] 풀 SVD와 MIA 프로세스간의 연산 복잡도 비교

	풀 SVD	MIA
Nt=Nr=N	N³	2Ns* ² NNiter
Nt, Nr이 상이	min(Nt ² x Nr, Nr ² x Nt)	Ns ² x (Nt+Nr) x Niter
Nt=Nr=36, Niter = 4, Ns =1	46656	288
Nt=Nr=36, Niter = 4, Ns =2	46656	1152

V 및 W를 획득하기 위한 VIA 프로세스

본 발명에 따른 VIA 프로세스를 이용하면, 어떠한 SVD 작업을 수행하지 않고도 V 및 W를 얻을 수 있다. 일반적인 프로세스 단계에서는 초기 V를 선택하는 단계와 스테이지의 개수를 사전 결정하는 단계를 포함한다. 이 때, 각각의 스테이지는 Tx 및 Rx 사이에서 반복적인 통신을 수행하는 단계를 포함하며, 각각의 반복에서 V 및 W는 이전 반복 Vs 및 Ws에 대하여 직교(orthogonal)하다. VIA 프로세스는 Ns 스테이지들을 포함한다. Ns=1인 특별한 경우에는, 오직 하나의 스테이지만이 존재한다. Ns 스테이지들은 연속적인 방식으로 수행되며, 각각의 스테이지는 이전 스테이지로부터 입력을 수신한다.(예를 들면, Ns 스테이지를 시작하기 위하여 먼저 Ns-1 스테이지를 완료한다.) 도 3의 프로세스 300을 참고하면, VIA 프로세스의 스테이지들은 후술하는 바와 같다.

스테이지 1

스테이지 1의 시작에서는 Nt 차원의 임의의 단위 법선 벡터(unit normal vector)가 V의 초기값으로 선택된다. V의 초기 값(즉 V1)은 크기가 Nt*Nt인 단위 행렬의 첫 번째 열일 수 있다. 스테이지 1은 다음을 포함한다.

단계 1.1: 행렬 H와 벡터 v1을 곱하여 r=Hv1을 획득한다.

단계 1.2: r의 정규화된 버전인 벡터 w1을 생성한다.

단계 1.3: 행렬 H'와 벡터 w1을 곱하여 t=H'w1을 획득한다.

단계 1.4: t의 정규화된 버전인 갱신된 벡터 v1을 생성한다.

단계 1.5: 단계 1.1에서 1.4를 반복한다.

일 실시예에서, v1이 전송단으로부터 전송되면 H를 정확하게 알 필요없이 수신단에서는 r=Hv1을 생성할 수 있다. 유사하게, 전송단으로부터 w1'가 전송되면 H를 정확하게 알 필요없이 수신단에서는 t'=Hw1'을 생성할 수 있다. 대안적으로 역방향채널(backward channel)이 정방향채널(forward channel)에 상응하면, (역방향채널은 H'을 의미한다.) 수신단으로부터 w1이 전송되면 전송단에서는 H(또는 H')를 정확하게 알 필요없이 t=H'w1을 생성할 수 있다.

단계 1.1에서 1.4 각각을 반복하는 것이 한번의 반복이며, 일반적으로 오직 수차례의 반복(예를 들면 3, 4번의 반복)만으로도 v1 및 w1의 수렴값이 유도된다. 수렴 조건은 실시예에 따라서 다양할 수 있다. 예를 들면, 반복의 최대 횟수(예를 들면 4번의 반복)가 수렴 조건을 테스트하기 위하여 설정될 수 있다. 대안적으로, 이전 반복에 비하여 달성된 SNR 퍼센트 변화(예를 들면, 2% 변화)가 수렴 조건을 테스트하기 위하여 설정될 수 있다.

일반적으로, 스테이지 1은 4번의 반복 이후에는 v1 및 w1이 수렴한 상태로 안전하게 종료할 수 있다. Ns=1인 경우 스테이지 1이 유일한 스테이지이다. (스테이지 1은 Ns의 모든 가능한 값에 대하여 필요하다.)

각각의 스테이지는 다수의 파워 반복들을 수반하며, 각각의 파워 반복은 수신단측에서 wi로써 수신되는 vi를 채널 H를 통하여 전송하는 것을 포함한다. (i는 스테이지 인덱스이며 i=1,,Ns) 다음으로, wi는 채널 H를 통하여 수신단으로 다시 전송되며, vi로써 수신된다. 예를 들면, v1은 Tx로부터 채널 H를 통하여 전송되며, Rx에서 (정규화를 거친후) w1으로 수신된다. 다음으로, w1은 Rx로부터 채널 H를 통하여 재전송되며 v1으로써 Tx에서 수신된다.

스테이지 1은 각각의 차원이 Nr*1 및 Nt*1인 벡터 w1 및 v1을 생성(출력)한다. 스테이지 1으로부터의 출력과 함께 프로세스는 스테이지 2를 진행한다.

스테이지 2

스테이지 2의 시작에서는, v1 및 w1이 스테이지 1에서 각각 획득되었다고 가정한다. 실제 채널 H는 다중 스테이지 과정에서 명확하게 추정될 필요는 없다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 용어를 정의한다.

Nt 차원의 공간에서 벡터 v1이 주어지면, Null(v1)으로 표시되는 v1의 널공간은 x'v1=0을 만족하는 모든 벡터들 x의 집합이다.(기하학적으로, v1의 Null(v1)위로의 투영은 0이다.) 임의의 벡터 a가 주어지면, a의 벡터 v1위로의 투영은 proj(a,v1)=( a'v1)v1과 같은 선형 대수에 의하여 표현될 수 있다. 또한, 임의의 벡터 a에 대하여, 벡터 a = proj(a, v1) + proj(a, Null(v1))로 표현될 수 있으며, 벡터 a는 두개의 백터의 합으로 나누어질 수 있다. 하나의 벡터는 a의 v1위로의 투영이며, 다른 하나의 벡터는 a의 v1의 널공간위로의 투영이다. 이 때, 선형 대수 proj(a, Null(v1)) = a proj(a, v1)이다. 상술한 용어 정의에 따라 스테이지 2는 다음을 포함한다.

단계 2.1: v1의 널공간으로부터 임의의 초기 v2를 선택한다.

단계 2.2: 행렬곱 r=Hv2를 생성한다.

단계 2.3: r을 w1의 널공간위로 투영하여 벡터 w2를 결정한다. w2를 정규화한다.

단계 2.4: 행렬곱 t=H'w2를 생성한다.

단계 2.5: t를 v1의 널공간위로 투영하여 v2를 결정한다. v2를 정규화한다.

단계 2.6: 단계 2.2에서 2.5를 반복한다.

일 실시예에서, v2가 송신단으로부터 전송되면 수신단에서는 H를 정확하게 알 필요 없이 r=Hv2를 생성할 수 있다. 유사하게, w2'가 송신단으로부터 전송되면 수신단에서는 H를 정확하게 알 필요 없이 t'=Hw2'를 생성할 수 있다.(그리고, t는 t'으로부터 쉽게 계산될 수 있다.) 대안적으로 역방향채널이 정방향채널에 상응한다면(역방향채널은 H'를 의미) w2가 수신단으로부터 전송되면 송신단에서는 H(또는 H')를 정확하게 알 필요 없이 t=H'w2를 생성할 수 있다.

단계 2.2에서 2.5까지의 각각의 단계를 반복하는 것이 하나의 파워 반복에 해당하며, 일반적으로 오직 몇 번의 반복(예를 들면 3, 4번)만으로도 v2 및 w2의 수렴이 유도된다. 일반적으로 스테이지 2는 4번의 반복 이후에는 v2 및 w2가 수렴에 도달한 상태로 안전하게 종료할 수 있다. 스테이지 2는 v2와 v1이 직교하고, w2와 w1이 직교한다는 제약하에서 파워 반복을 수반한다.

스테이지 2는 차원이 각각 Nr*1과 Nt*1인 w2 와 v2를 생성한다. 스테이지 1로부터의 결과와 연결되어 스테이지 2 이후에는 차원이 각각 Nr*1인 w1,w2와 차원이 각각 Nt*1인 v1,v2 벡터들이 생성된다. 프로세스는 스테이지 1 및 스테이지 2의 결과와 함께 다음 스테이지를 진행한다.(즉, v1, v2, w1,w2) 이하에서는 일반화하여 다음 스테이지가 스테이지 n+1((n+1)번째 스테이지를 나타낸다.)인 것으로 가정된다.

스테이지 n+1

스테이지 n+1의 시작에서는 w₁,w₂,...,w_n 및 v₁,v₂,...,v_n 이 이전 스테이지로부터 사용가능한 것으로 가정한다. 이전 스테이지들 각각의 구조와 같이, v₁, v₂, ..., v_n은 상호간에 직교하며, 이는 어떠한 서로 다른 i,j에 대해서도 vi'vj=0임을 의미한다. 유사하게, w₁, w₂, ..., wn은 상호간에 직교하며, 이는 어떠한 서로 다른 i,j에 대해서도 wi'wj=0임을 의미한다. 스테이지 n+1은 다음을 포함한다.

단계 n.1: V=[v₁, v₂, ..., v_n] 및 W=[w₁, w₂, ..., w_n]를 생성하고, V의 널 공간으로부터 v_n+1을 선택한다.

단계 n.2: 행렬곱 r=Hv_n+1을 생성한다.

단계 n.3: r을 W의 널공간위로 투영하여 w_n+1을 결정한다. w_n+1을 정규화한다.

단계 n.4: 행렬곱 t=H'v_n+1을 생성한다.

단계 n.5: t를 V의 널공간위로 투영하여 v_n+1을 결정한다. v_n+1을 정규화한다.

단계 n.6: 단계 n.2 내지 단계 n.5를 반복한다.

일 실시예에서, v_n+1이 전송단으로부터 전송되면 수신단에서는 H를 정확하게 알 필요없이 r=H_vn+1을 생성할 수 있다. 유사하게, w_n+1'가 전송단으로부터 전송되면 수신단에서는 H를 정확하게 알 필요없이 t'=H_wn+1를 생성할 수 있다.(그리고 t는 t'으로부터 쉽게 계산될 수 있다.) 대안적으로 역방향채널이 정방향채널에 상응한다면(역방향채널은 H'를 의미) w_n+1이 수신단으로부터 전송되면 송신단에서는 H(또는 H')를 정확하게 알 필요없이 t=H'_wn+1을 생성할 수 있다.

단계 n.2에서 n.5까지의 각각의 단계를 반복하는 것이 하나의 파워 반복에 해당하며, 일반적으로 오직 몇 번의 반복(예를 들면 3, 4번)만으로도 v_n+1 및 w_n+1의 수렴이 유도된다. 일반적으로 스테이지 n+1은 4번의 반복 이후에는 v₂ 및 w₂가 수렴 에 도달한 상태로 안전하게 종료할 수 있다. 스테이지 2는 v_n+1과 v₁, v₂, ...,v_n 이 직교하고, w_n+1과 w₁, w₂, ...,w_n+1이 직교한다는 제약하에서 파워 반복을 포함한다. 스테이지 1이후의 각각의 스테이지 i에서, vi는 이전의 모든 스테이지 v 벡터와 직교하고, wi는 이전의 모든 스테이지 w벡터와 직교한다.

따라서, 스테이지 1부터 스테이지 Ns의 수행은 전송 다중 빔형성 벡터 v₁, v₂,...,v_Ns 및 수신 다중 빔형성 벡터 w₁, w₂, ...,w_Ns를 제공한다. 벡터들로부터 전송 다중 빔형성 계수들의 행렬 V= [v₁, v₂, ..., v_Ns] 및 수신 다중 빔형성 계수들의 행렬 W=[w₁, w₂, ...,w_Ns]가 획득된다. VIA 프로세스에서는 어떠한 SVD 작업도 요구되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 다중 빔 형성은 향후의 IMT 표준으로 알려진 차세대 무선 HD(WiHD-NG)에서 정지 환경일 때 6GPps 또는 그 이상의 처리량을 목표로 하는 초고속 통신(ultra high throughput)에 대하여 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신단(Tx) 모듈(102)의 다중(Nt) 전송 안테나들(101)과 수신단(Rx) 모듈(104)의 수신 안테나들(103)을 구비하는 통신 시스템(100)에 관한 블록도를 나타낸다. 시스템(100)는 본 발명의 일 실시예에 따라 다중 빔형성(multi-beamforming,MBF)을 위한 안테나 트레이닝 및 페이로드 통신 프로토콜을 구현한다.

Tx 모듈(102)은 기저대역(baseband) 전송단 Tx(105), 무선주파수(radio frequency, RF)체인(106) 및 전송 다중 빔형성(Tx MBF) 모듈(108)을 포함한다. Rx 모듈(104)는 수신 다중 빔 형성(Rx MBF) 모듈(110), RF 체인(104) 및 기저대역 수신단 Rx(114)를 포함한다.

Tx MBF(108) 및 Rx MBF(110)는 MBF 제어기(120)로부터의 제어 신호에 의하여 제어되며, 제어 신호는 MBF 계수들의 그룹을 나타낸다.(즉, Tx MBF 벡터 V 및 Rx MBF 벡터 W) 안테나 트레이닝 단계에서, MBF 제어기(120)는 MBF 벡터들 V 및 W를 획득하기 위하여 전송 트레이닝부(152, 도 1) 및 수신 트레이닝부(154)를 구현한다.

다음으로 데이터 페이로드 통신 단계에서는, 데이터 페이로드의 MBF 통신에서의 빔 조정을 위하여 MBF 제어기(120)가 MBF 벡터들 V 및 W를 Tx MBF(108) 및 Rx MBF(110)에 각각 제공한다. V 및 W를 이용한 데이터 페이로드 통신 단계에 관한 동작에 있어서, 먼저 기저대역 Tx(105)가 디지털 기저대역 신호들을 생성한다. 이 때, 신호들은 RF 체인(106)의 디지털-투-아날로그부에 의하여 아날로그로 변경되고 고주파수 반송파를 이용하여 변조되도록 RF 체인(106)에 전달된다. RF 체인(106)으로부터의 변조된 아날로그 신호는 Tx MBF(108)에 의하여 빔 형성된 후 다중 전송 안테나 성분(101)들을 통하여 채널 H를 따라 전송된다. Tx 빔형성 모듈(108)은 상술한 MIA 또는 VIA 프로세스를 이용한 안테나 트레이닝에 의하여 획득된 복수개의 상이한 Tx MBF 계수들인 V를 입력 신호와 곱하고, 대응하는 곱들이 안테나 성분들(101)로 경로가 설정되도록 구현한다.

전송된 신호들은 채널 H를 통하여 전파되며 수신 안테나 성분들(103)에 의하 여 수신된다. 다중 수신 안테나 성분들로 수신된 신호들은 Rx MBF(110)에 의하여 하나의 결합된 신호로 결합된다. Rx MBF(110)는 다중 안테나 성분들(103)로부터 복수개의 수신된 신호들을 수집하고, 상술한 MIA 또는 VIA 프로세스들을 이용한 안테나 트레이닝에 의하여 획득된 Rx 계수들인 W와 신호들을 곱하고, 곱들을 합한다. 결합된 신호들은 RF 체인(112)의 아날로그-투-디지털부에 의하여 디지털 형식으로 변환된다. 구체적으로, RF 체인(112)는 대기로부터 아날로그 신호를 수신하고, 고주파수 반송파로부터 이것을 복조하며, 이것을 다음 과정을 위하여 디지털 신호로 변환한다. 디지털 신호는 최정 정보가 추출되는 기저대역 Rx(114)에 의하여 처리된다. 본 발명은 아날로그 및 디지털 빔 형성 통신 시스템 모두에 유용하다.

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.

상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관 점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템이 있어서 다중 빔형성을 구현하는 전송 프리코딩부와 수신 결합부의 기능적 블록도를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 및 수신 다중 빔형성 계수들을 결정하기 위한 행렬 반복 프로세스의 흐름도를 나타낸다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전송 및 수신 다중 빔형성 계수들을 결정하기 위한 벡터 반복 프로세스의 흐름도를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 시스템의 기능적 블록도를 나타낸다.

Claims

다중-빔형성(multi-beamforming)을 이용하여 다중-입력 다중출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션들간의 복수의 데이터 스트림들을 병렬적으로 통신하기 위한 안테나 트레이닝 방법에 있어서,

다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인(essentially optimal) 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 스테이지들은,

(a) 소스 스테이션이, 존재한다면 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터(prior transmit beamforming vector)들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 도메인에서 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 존재한다면 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 제 1 수신 빔형성 벡터를 획득하는 단계;

(d) 상기 소스 스테이션이, 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 단계;

(e) 상기 목적 스테이션이, 상기 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 추정하는 단계; 및

(f) 상기 소스 스테이션이 피드백된 제 2 전송 빔형성 벡터를 디코디/변형하도록 상기 목적 스테이션이, 상기 추정된 제 2 전송 빔형성 벡터를 상기 소스 스테이션으로 피드백하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡터들과 직교하는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 상기 추정된 전송 빔형성 벡터는,

동일 스테이지내의 이전 반복들로부터의 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여는 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (f)단계는,

각각의 스테이지에 대하여 복수 번 반복되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 3항에 있어서,

제 1 스테이지는 전송 입력 스트림들보다 하나 작은 개수 만큼의 스테이지에 증가하는 순서로 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 1항에 있어서,

각각의 반복 스테이지에 있어서 단계 (a),(b),(c)와 단계 (d),(e),(f)의 반 복은 교환가능한 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 1항에 있어서,

상기 단계 (d),(e),(f),(a),(b),(c)가 반복되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 1항에 있어서,

하나의 스테이지에서의 반복의 횟수는 하나 또는 그 이상의 다른 스테이지에서의 반복의 횟수와 상이한 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
다중-빔형성(multi-beamforming)을 이용하여 다중-입력 다중-출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션들간의 복수의 데이터 스트림들을 병렬적으로 통신하기 위한 안테나 트레이닝 방법에 있어서,

다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인(essectially optimal) 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 스테이지들은,

(a) 소스 스테이션이, 존재한다면 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 획득된 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역(spatial domain)에서 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 획득된 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 존재한다면 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 수신 빔형성 벡터를 계산하는 단계;

(d) 상기 목적 스테이션이, 상기 계산된 수신 빔형성 벡터 또는 상기 계산된 수신 빔형성 벡터의 켤레복소수에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역에서 전송하는 단계; 및

(e) 상기 소스 스테이션이, 상기 목적 스테이션으로부터 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡터들과 직교하는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 8항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 상기 추정된 전송 빔형성 벡터는,

동일 스테이지내의 이전 반복들로부터의 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여는 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 8항에 있어서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (e)단계는,

각각의 스테이지에 대하여 복수 번 반복되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 10항에 있어서,

제 1 스테이지는 전송 입력 스트림들보다 하나 작은 개수 만큼의 스테이지에 증가하는 순서로 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 8항에 있어서,

각각의 반복 스테이지에 있어서 단계 (a),(b),(c)와 단계 (d),(e)의 반복은 교환가능한 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 8항에 있어서,

상기 단계 (d),(e),(f),(a),(b),(c)가 반복되는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
제 8항에 있어서,

하나의 스테이지에서의 반복의 횟수는 하나 또는 그 이상의 다른 스테이지에서의 반복의 횟수와 상이한 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
통신 시스템에 있어서,

상호간의 병렬적인 복수의 데이터 스트림들의 통신을 수행하기 위한 안테나 트레이닝으로 구성되며, 다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 다중-입력 다중-출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션을 포함하고, 상기 각각의 스테이지는,

(a) 소스 스테이션이, 존재한다면 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터(prior transmit beamforming vector)들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 도메인에서 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 존재한다면 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 제 1 수신 빔형성 벡터를 획득하는 단계;

(d) 상기 소스 스테이션이, 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 전송하는 단계;

(e) 상기 목적 스테이션이, 상기 상이한 전송 빔형성 벡터들에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 추정하는 단계; 및

(f) 상기 소스 스테이션이 피드백된 제 2 전송 빔형성 벡터를 디코디/변형하도록 상기 목적 스테이션이, 상기 추정된 제 2 전송 빔형성 벡터를 상기 소스 스테이션으로 피드백하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡터들과 직교하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 상기 추정된 전송 빔형성 벡터는,

동일 스테이지내의 이전 반복들로부터의 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여 는 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 15항에 있어서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (f)단계는,

각각의 스테이지에 대하여 복수 번 반복되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 17항에 있어서,

제 1 스테이지는 전송 입력 스트림들보다 하나 작은 개수 만큼의 스테이지에 증가하는 순서로 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 15항에 있어서,

각각의 반복 스테이지에 있어서 단계 (a),(b),(c)와 단계 (d),(e),(f)의 반복은 교환가능한 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 15항에 있어서,

상기 단계 (d),(e),(f),(a),(b),(c)가 반복되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 15항에 있어서,

하나의 스테이지에서의 반복의 횟수는 하나 또는 그 이상의 다른 스테이지에 서의 반복의 횟수와 상이한 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
통신 시스템에 있어서,

상호간의 병렬적인 복수의 데이터 스트림들의 통신을 수행하기 위한 안테나 트레이닝으로 구성되며 다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 다중-입력 다중-출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션을 포함하고, 상기 각각의 스테이지는,

(a) 소스 스테이션이, 존재한다면 이전 스테이지들로부터의 모든 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여 직교한 제 1 전송 빔형성 벡터들을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 획득된 전송 빔 형성 벡터에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역(spatial domain)에서 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 획득된 전송 빔형성 벡터에 의하여 변조된 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고, 이로부터, 존재한다면 이전 수신 빔형성 벡터들 모두에 대하여 직교하는 수신 빔형성 벡터를 계산하는 단계;

(d) 상기 목적 스테이션이, 상기 계산된 수신 빔형성 벡터 또는 상기 계산된 수신 빔형성 벡터의 켤레복소수에 의하여 변조된 트레이닝 시퀀스를 공간 영역에서 전송하는 단계; 및

(e) 상기 소스 스테이션이, 상기 목적 스테이션으로부터 상기 트레이닝 시퀀스를 수신하고 이로부터 제 2 전송 빔형성 벡터를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 제 2 전송 빔형성 벡터는 존재한다면 이전 스테이지로부터의 모든 전송 빔형성 벡 터들과 직교하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 22항에 있어서, 상기 (e)단계에서의 상기 추정된 전송 빔형성 벡터는,

동일 스테이지내의 이전 반복들로부터의 이전 전송 빔형성 벡터들에 대하여는 직교하지 않는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계 내지 상기 (e)단계는,

각각의 스테이지에 대하여 복수 번 반복되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 24항에 있어서,

제 1 스테이지는 전송 입력 스트림들보다 하나 작은 개수 만큼의 스테이지에 증가하는 순서로 연속적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 25항에 있어서,

각각의 반복 스테이지에 있어서 단계 (a),(b),(c)와 단계 (d),(e)의 반복은 교환가능한 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
제 22항에 있어서,

상기 단계 (d),(e),(f),(a),(b),(c)가 반복되는 것을 특징으로 하는 통신 시 스템.
제 22항에 있어서,

하나의 스테이지에서의 반복의 횟수는 하나 또는 그 이상의 다른 스테이지에서의 반복의 횟수와 상이한 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
전송단 스테이션에 있어서,

안테나 어레이를 통하여 멀티 데이터 스트림의 다중-입력 다중-출력 데이터 통신을 위한 다차원 빔형성에서의 안테나를 트레이닝하기 위한 전송 트레이닝 모듈(transmit training module)을 포함하고, 상기 전송 트레이딩 모듈은, 전송 빔형성 벡터들이 수렴할 때까지 복수개의 트레이닝 스테이지를 연속적으로 실행하여 전송 다차원 빔형성 계수를 추정하는 복수개의 스테이지들로 구성되며, 상기 각각의 스테이지들은 상기 전송 빔형성 벡터들의 집합을 결정하기 위한 파워 반복을 포함하고, 상기 전송 빔형성 벡터는, 존재한다면 이전 스테이지에서의 모든 이전 전송 빔형성 벡트들과 직교하는 것을 특징으로 하는 송신단 스테이션.
수신단 스테이션에 있어서,

안테나 어레이를 통하여 멀티 데이터 스트림의 다중-입력 다중-출력 데이터 통신을 위한 다차원 빔형성에서의 안테나를 트레이닝하기 위한 수신 트레이닝 모듈(receive training module)을 포함하고, 상기 수신 트레이딩 모듈은, 수신 빔형 성 벡터들이 수렴할 때까지 복수개의 트레이닝 스테이지를 연속적으로 실행하여 수신 다차원 빔형성 계수를 추정하는 복수개의 스테이지들로 구성되며, 상기 각각의 스테이지들은 상기 수신 빔형성 벡터들의 집합을 결정하기 위한 파워 반복을 포함하고, 상기 수신 빔형성 벡터는, 존재한다면 이전 스테이지에서의 모든 이전 수신 빔형성 벡트들과 직교하는 것을 특징으로 하는 수신단 스테이션.
통신 시스템에 있어서,

안테나 어레이를 통하여 멀티 데이터 스트림의 다중-입력 다중-출력 데이터 통신을 위한 다차원 빔형성에서의 안테나를 트레이닝하기 위한 전송 트레이닝 모듈(transmit training module); 및

안테나 어레이를 통하여 멀티 데이터 스트림의 다중-입력 다중-출력 데이터 통신을 위한 다차원 빔형성에서의 안테나를 트레이닝하기 위한 수신 트레이닝 모듈(receive training module)을 포함하고,

상기 전송 트레이닝 모듈은, 상기 전송 트레이딩 모듈은, 전송 빔형성 벡터들이 수렴할 때까지 복수개의 트레이닝 스테이지를 연속적으로 실행하여 전송 다차원 빔형성 계수를 추정하는 복수개의 스테이지들로 구성되며, 상기 각각의 스테이지들은 상기 전송 빔형성 벡터들의 집합을 결정하기 위한 파워 반복을 포함하고, 상기 전송 빔형성 벡터는, 존재한다면 이전 스테이지에서의 모든 이전 전송 빔형성 벡트들과 직교하고,

상기 수신 트레이딩 모듈은, 수신 빔형성 벡터들이 수렴할 때까지 복수개의 트레이닝 스테이지를 연속적으로 실행하여 수신 다차원 빔형성 계수를 추정하는 복수개의 스테이지들로 구성되며, 상기 각각의 스테이지들은 상기 수신 빔형성 벡터들의 집합을 결정하기 위한 파워 반복을 포함하고, 상기 수신 빔형성 벡터는, 존재한다면 이전 스테이지에서의 모든 이전 수신 빔형성 벡트들과 직교하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.
다중-빔형성(multi-beamforming)을 이용하여 다중-입력 다중-출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션들간의 복수의 데이터 스트림들을 병렬적으로 통신하기 위한 안테나 트레이닝 방법에 있어서,

다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 스테이지들은,

(a) 소스 스테이션이, 상호간에 직교하는 제 1 전송 빔형성 벡터들의 집합을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔형성 벡터들의 집합내의 각각에 의하여 변조된 복수개의 트레이닝 시퀀스들을 공간 영역에서 개별적으로 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 트레이닝 시퀀스들을 수신하고, 이로부터, 상호간에 직교하는 제 1 수신 빔형성 벡터들의 집합을 획득하는 단계;

(d) 상기 목적 스테이션이, 상기 계산된 수신 빔형성 벡터들 각각에 의하여 변조된 복수개의 트레이닝 시퀀스들을 공간 영역에서 개별적으로 전송하는 단계;

(e) 상기 소스 스테이션이, 상기 트레이닝 시퀀스들을 수신하고 이들로부터 상호간에 직교하는 제 2 전송 빔형성 벡터들의 집합을 추정하는 단계; 및

(f) 상기 단계 (a) 내지 (e)를 복수번 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 트레이닝 방법.
통신 시스템에 있어서,

상호간의 병렬적인 복수의 데이터 스트림들의 통신을 수행하기 위한 안테나 트레이닝으로 구성되며, 다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 다중-입력 다중-출력(multiple-out multiple-input) 소스 및 목적 스테이션을 포함하고, 상기 각각의 스테이지는,

다중 스테이지들에 의하여 본질적으로 최적인 다중-빔형성 벡터들을 추정하는 단계를 포함하며, 상기 각각의 스테이지들은,

(a) 소스 스테이션이, 상호간에 직교하는 제 1 전송 빔형성 벡터들의 집합을 획득하는 단계;

(b) 상기 소스 스테이션이, 상기 제 1 전송 빔형성 벡트들의 집합내의 각각에 의하여 변조된 복수개의 트레이닝 시퀀스들을 공간 영역에서 개별적으로 전송하는 단계;

(c) 목적 스테이션이, 상기 트레이닝 시퀀스들을 수신하고, 이로부터, 상호간에 직교하는 제 1 수신 빔형성 벡터들의 집합을 획득하는 단계;

(d) 상기 목적 스테이션이, 상기 계산된 수신 빔형성 벡터들 각각에 의하여 변조된 복수개의 트레이닝 시퀀스들을 공간 영역에서 개별적으로 전송하는 단계;

(e) 상기 소스 스테이션이, 상기 트레이닝 시퀀스들을 수신하고 이들로부터 상호간에 직교하는 제 2 전송 빔형성 벡터들의 집합을 추정하는 단계; 및

(f) 상기 단계 (a) 내지 (e)를 복수번 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 통신 시스템.