KR20170034411A - 무선 otfs 통신 시스템들을 동작시키고 구현하는 방법들 - Google Patents

Abstract

데이터 채널의 구조를 자동으로 결정하고, 채널 구조의 변화들뿐만 아니라 데이터 채널의 다양한 구조적 양상들에 의해 발생된 신호 왜곡들을 자동으로 보상하기 위해, 일 군의 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 파형들 버스트들에 가중치를 부여하거나 변조함으로써 데이터 심볼들을 송신하는 것을 포함하는 다양한 방법들, 파일럿 심볼 방법들, 에러 검출 방법들, MIMO 방법들, 및 다른 방법들을 포함하는 다양한 방법의 조합을 자동으로 이용하는 컴퓨터화된 무선 송신기/수신기 시스템이 개시된다. 종종 데이터 채널은 다양한 무선 송신기들, 수신기들 및 신호 리플렉터들이 이동하는 2 차원 또는 3 차원 공간이다. 본 발명의 변조 방법들은 다양한 리플렉터들의 위치들 및 속도들과 다른 채널 장애들을 검출한다. 에러 검출 방식들, 변조 방법들의 변형, 및 MIMO 기술들은 장애들을 추가로 검출하고 보상한다. 본 발명은 그의 동작 파라미터들을 자동으로 최적화할 수 있고, 다른 방법들이 저하될 가능성이 있는 환경들에서 결정론적 넌-페이딩 신호를 생성할 수 있다.

Description

무선 OTFS 통신 시스템들을 동작시키고 구현하는 방법들{METHODS OF OPERATING AND IMPLEMENTING WIRELESS OTFS COMMUNCIATIONS SYSTEMS}

관련 출원들의 교차 참조

본 출원은, 2014년 7월 21일에 출원되고 명칭이 "METHODS OF OPERATING AND IMPLEMENTING WIRELESS OTFS COMMUNCIATIONS SYSTEMS"인 미국 가출원 제62/027,213호의 우선권 혜택을 주장하고; 본 출원은 또한 2014년 12월 29일에 출원되고 명칭이 "OTFS METHODS OF DATA CHANNEL CHARACTERIZATION AND USES THEREOF"인 일부 계속 미국 특허 출원 제15/853,911호이며; 이들 출원들 모두의 전체 콘텐츠들은 인용에 의해 본원에 포함된다.

본 발명은, 전기통신 분야에 관한 것이며, 특히 신규한 변조 기술들을 활용하는 무선 전기통신들에 관한 것이다.

최신 전자장치 통신들, 이를테면, 광섬유 통신들, 전선 또는 케이블 기반 통신들, 및 무선 통신들은 모두 신호들을 변조하고 이들 신호들을, 이들 각각의 광섬유, 와이어/케이블, 또는 무선 매체들 또는 통신 채널들을 통해 전송함으로써 동작한다. 광섬유 및 와이어/케이블의 경우, 종종 이러한 데이터 통신 채널들은 공간의 1(또는 1과 2 사이의) 차원들 및 시간의 1차원으로 이루어진다. 무선 통신들의 경우, 종종 이러한 통신 채널들은 공간의 3 차원과 시간의 1 차원으로 이루어질 것이다. 그러나, 많은 지상-기반 무선 애플리케이션들의 경우, 종종, 높이 또는 고도의 제 3 공간 차원은 다른 2개의 공간 차원들보다 덜 중요하다.

이들이 통신 채널들을 통해 이동함에 따라, 광속으로 또는 그에 가깝게 일반적으로 이동하는 다양한 신호들은, 일반적으로 다양한 타입들의 저하 또는 채널 손상들에 영향을 받는다. 예컨대, 신호가 광섬유 또는 와이어/케이블에서 접합부를 조우할 때마다 광섬유 또는 와이어/케이블 매체에 의해 에코 신호들이 잠재적으로 생성될 수 있다. 에코 신호들은 또한 잠재적으로, 무선 신호들이 무선 반사 표면들, 이를테면, 건물들의 측면들 및 다른 구조물로부터 튕겨나올 때 생성될 수 있다. 유사하게 주파수 시프트들은, 광섬유 또는 전선/케이블이 다소 상이한 신호 전파 특성들 또는 상이한 주변 온도들을 갖는 섬유 또는 케이블의 상이한 영역들을 통과할 경우에 발생할 수 있다. 무선 신호들의 경우, 이동하는 리플렉터로 또는 이동하는 리플렉터로부터, 또는 이동하는 차량으로 또는 이동하는 차량으로부터 송신된 신호들은, 주파수 시프트들을 또한 발생시키는 도플러 시프트들의 영향을 받는다. 추가적으로, 기반 장비(즉, 송신기들 및 수신기들) 그 자체들이 항상 완벽하게 동작하는 것은 아니며, 주파수 시프트들을 또한 생성할 수 있다.

이러한 에코 효과들 및 주파수 시프트들은 바람직하지 않으며, 이러한 시프트들이 너무 커지면, 신호 전송 레이트들이 더 낮아지는 것은 물론 에러 레이트들이 더 높아질 수 있다. 따라서, 이러한 에코 효과들 및 주파수 시프트들을 감소시키기 위한 방법들이 통신 분야에서 매우 유용하다.

출원인의 미국 특허 출원들 미국 제61/349,619호, 미국 제13/177,119호, 미국 제13/430,690호뿐만 아니라 미국 특허 제8,547,988호에 의해 예시되는 앞의 작업에서, 출원인은, 종래 기술 방법들에 의해 이전에 활용되었던 것보다 (예컨대, TDMA(Time Division Multiple Access), GSM(Global System for Mobile Communications), CDMA(Code Division Multiple Access), FDMA(Frequency Division Multiple Access), OFDM(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 또는 다른 방법들과 같은 이러한 방법들보다) 더 광범위한 시간들, 주파수들, 및 스펙트럼 정형들(파형들)을 통해 데이터 심볼들을 확산시킴으로써 동작되는 무선 신호 변조의 신규 방법을 생각했다.

출원인의 방법들은, 이전에 "OTFSSS(Orthonormal Time-Frequency Shifting and Spectral Shaping)"로 지칭되는 미국 특허출원 제13/117,119호(및 이후의 특허 출원들, 이를 테면, 미국 특허출원 제13/430,690호에서 더 단순하게 "OTFS" 약어로 그 후 지칭됨)는 앞의 방법들보다 더 큰 "청크들" 또는 프레임들에서 데이터를 전송함으로써 동작한다. 즉, 종래 기술의 CDMA 또는 OFDM 방법은 일 세트의 시간 인터벌에 걸친 통신 링크에 걸쳐 "N"개의 심볼들의 유닛들 또는 프레임들을 인코딩하고 전송할 수 있지만, 출원인의 OTFS 방법들은 일반적으로 NxM 심볼들, 또는 N²개의 심볼들의 최소 유닛 또는 프레임에 기초하고, 종종 더 긴 시간 기간들에 걸쳐 이들 N²개의 심볼들 또는 NxM 심볼들을 전송할 것이다. 일부 실시예들에서, 이들 데이터 심볼들은 복소수일 수 있다.

이러한 타입의 방식에 따르면, N²개의 심볼 또는 NxM개의 심볼들로부터의 각각의 데이터 심볼은 통상적으로, 복수의 상이한 시간들 및 복수의 상이한 주파수들에 걸친 복수의 구별가능한 (예를 들면, 일반적으로 상호 직교하는) 파형들에 걸쳐 무손실 및 인버터블(invertible)(예를 들어, 리버서블(reversible)) 방식으로 분포될 것이다. 이들 상이한 시간들 및 주파수들은 일반적으로 무선 채널의 시간 지연 및 도플러-시프트 채널 응답 파라미터들에 따라 선택되었다. 이 무손실 확산 및 상이한 시간들 및 주파수들의 선택으로 인해, 각각의 데이터 심볼로부터의 정보가 복수의 상이한 시간들 및 상이한 주파수들 전체에 걸쳐 확산되었으므로, 프레임 내의 모든 데이터 심볼들이 시간 지연 및 채널의 도플러 주파수 시프트 특성들에 의해 균등하게 영향을 받았다. 이러한 방법들은 결과적으로 통신 채널을 보다 "고정적"(예를 들어, 결정론적 및 넌-페이딩)으로 만들도록 돕는다. 즉, 주어진 프레임 내에서, 다른 데이터 심볼들과 관련하여, 더 크게 왜곡되거나 또는 페이딩되는 데이터 심볼들이 존재하지 않았다.

일부 OTFS 변조 실시예들에서, 전송되었던 각각의 데이터 심볼 또는 엘리먼트는 또한 종래 기술 방법들에 대한 경우보다 시간, 주파수 및 스펙트럼 정형 공간에 있에서 훨씬 더 큰 정도로 확산되어 나갔다. 결과적으로, 수신기 단부에서, 종종, 임의의 주어진 데이터 심볼의 값을 리졸브하려고 시작하는데 더 오래 걸리는데, N²개의 심볼들의 전체 프레임이 수신됨에 따라 이 심볼이 점차적으로 축적되거나 또는 누적되어야 하기 때문이다.

따라서, 출원인의 선행 작업의 일부 실시예들은, NㆍN (N²)개(예를 들어, N×N, N 곱하기 N)의 심볼들의 컨벌루션 유닛 매트릭스들(데이터 프레임들)에서 데이터를 송신하기 위한 시간, 주파수 및 스펙트럼 정형의 조합을 이용하는 무선 통신 방법을 교시했다. 일부 실시예들에서, N²개의 데이터 심볼들 모두가 N개의 확산 시간 인터벌들(각각 N개의 시간 슬라이스들로 구성됨)에 걸쳐 수신되거나, 전혀 존재하지 않는다. 다른 실시예들에서, 이 요건이 완화되었다.

송신 프로세스에 대한 시간들, 파형들, 및 데이터 심볼 분포를 결정하기 위해서, N²개의 크기조정된 데이터 프레임 매트릭스는, 예를 들어, 제 1 NㆍN 시간-주파수 시프팅 매트릭스로 승산되고, 퍼뮤팅된 후, 제 2 NㆍN 스펙트럼 정형 매트릭스로 승산됨으로써, 각각의 데이터 심볼을 전체 결과적으로 발생된 NㆍN 매트릭스에 걸쳐 혼합한다. 이러한 결과적으로 발생된 데이터 매트릭스는 이후, 시간 슬라이스 기반 단위로 하나의 엘리먼트 상에서 선택, 변조 및 전송되었다. 수신기에서, 복제 매트릭스가 재구성되었고 디컨벌루션되어, 원래 전송된 데이터의 사본을 나타낸다.

예를 들어, 미국 특허 출원 제13/117,119호에 교시된 일부 실시예들에서, OTFS 파형들은 통신들 링크, 통상적으로 프로세서 및 소프트웨어 구동식 무선 송신기 및 수신기를 통해 시간 기반으로 데이터의 일 프레임([D])상에서 송신되고 수신될 수 있다. 다음 단계들 모두는 통상적으로 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 자동으로 완료되었다.

이 제 1 접근법은, 통상적으로 최대 N²개의 데이터 엘리먼트들의 매트릭스를 포함할 데이터의 프레임들을 이용했고, N은 1보다 크다. 이 방법은 제 1 N×N 매트릭스([U₁])와 제 2 N×N 매트릭스([U₂])를 포함하는 직교 매트릭스 세트를 생성하는 것에 기초했다. 통신 링크 및 직교 매트릭스 세트는 통상적으로, 1 시간 확산 간격(예컨대, 1 버스트)에 걸쳐 제 1 N×N 매트릭스([U₁]), 데이터의 프레임([D]), 및 제 2 NxN 매트릭스([U₂])의 매트릭스 프로덕트로부터 적어도 N개의 엘리먼트들을 송신할 수 있도록 선택되었다. 여기서, 각각의 시간 확산 인터벌은 적어도 N개의 시간 슬라이스들로 이루어질 수 있다. 이 방법은 통상적으로, 제 1 N×N 매트릭스([U₁]), 및 데이터의 프레임([D])의 제 1 매트릭스 프로덕트를 형성한 후, 제 1 매트릭스 프로덕트를 인버터블 퍼뮤테이션 동작(P)으로 퍼뮤팅하고, 그 결과 퍼뮤팅된 제 1 매트릭스 프로덕트 P([U₁][D])를 발생시킴으로써 동작된다. 그런 다음, 방법은, 이 방법에 따라, 이 퍼뮤팅된 제 1 매트릭스 프로덕트 P([U₁][D])와 제 2 NxN 매트릭스([U₂])의 제 2 매트릭스 프로덕트를 형성하여 컨벌루팅된 데이터 매트릭스를 형성했고, 이 컨벌루팅된 데이터 매트릭스가 무선 통신 링크를 통해 다음과 같이 송신 및 수신될 수 있다.

송신기 측에서, 각각의 단일 시간-확산 간격(예를 들어, 버스트 시간)의 경우, 방법은 컨벌루팅된 데이터 매트릭스의 N개의 상이한 엘리먼트들을 선택함으로써 동작되고, 이 시간 확산 간격의 상이한 상기 시간 슬라이스들에 걸쳐, 프로세서를 이용하여 컨벌루팅된 데이터 매트릭스의 N개의 상이한 엘리먼트들로부터 하나의 엘리먼트를 선택하고, 이 엘리먼트를 변조하고, 각각의 엘리먼트가 그 자신의 시간 슬라이스를 점유하도록 이 엘리먼트를 무선으로 송신한다.

수신기 측에서, 수신기는 다양한 시간 확산 간격들(버스트 시간들)의 상이한 시간 슬라이스들에 걸쳐 컨벌루팅된 데이터 매트릭스의 이들 N개의 상이한 엘리먼트들을 수신하고, 이 컨벌루팅된 데이터 매트릭스의 N개의 상이한 엘리먼트들을 복조할 것이다. 이들 단계들이 총 N회까지 반복될 것이고, 이로써 컨벌루팅된 데이터 매트릭스의 리플리카들을 수신기로 리어셈블링한다.

그런다음 수신기는 컨벌루팅된 데이터 매트릭스로부터 원래의 데이터의 프레임([D])을 재구성하기 위해 제 1 N×N 매트릭스([U₁]) 및 제 2 N×N 매트릭스([U₂])를 이용할 것이다. 이 방법의 일부 실시예들에서, 임의의 데이터의 프레임([D])의 어떠한 데이터 엘리먼트도 컨벌루팅된 데이터 매트릭스가 완전히 복원될 때까지 완전한 정확도로 재구성된다고 보장될 수 없다.

미국 특허 출원 제13/117,119호 및 그의 가출원 제61/359,619호는 또한, 무선 통신 링크 상에서 적어도 하나의 데이터의 프레임([D])을 송신하고 수신하는 대안적인 접근법을 교시하며, 재차, 이 데이터의 프레임은 일반적으로 N²개까지의 데이터 엘리먼트들(N은 1보다 큼)의 매트릭스를 포함한다. 이 대안적인 방법은, 각각의 데이터(엘리먼트)의 값이 송신될 때 복수의 무선 파형들에 걸쳐 확산되도록, 데이터의 프레임([D])의 데이터 엘리먼트들을 컨벌루팅함으로써 작동되며, 여기서, 이 복수의 무선 파형들의 각각의 개별 파형은 특징적인 주파수를 가질 것이고, 이 복수의 무선 파형들의 각각의 개별 파형은 데이터 프레임으로부터 복수의 이들 데이터 엘리먼트들로부터의 컨벌루팅된 결과들을 전달할 것이다. 이 방법에 따르면, 송신기는, 각각의 데이터 엘리먼트의 값이 복수의 시간 간격들에 걸쳐 송신된 복수의 주파수 시프팅된 무선 파형들로서 송신되도록 복수의 시간 간격들에 걸쳐 이 복수의 무선 파형들의 주파수를 시프팅함으로써 컨벌루팅된 결과들을 자동으로 송신한다. 수신기 측에서, 수신기는 여러 번에 걸쳐 송신된 이 복수의 주파수 시프팅된 무선 파형들을 수신하고 프로세서를 이용하여 이를 디컨벌루팅하고, 이에 따라 적어도 하나의 원래 송신된 데이터의 프레임([D])의 리플리카를 재구성할 것이다. 여기서 다시, 일부 실시예들에서, 컨벌루션 및 디컨벌루션 방식은, 실질적으로 복수의 주파수 시프팅된 무선 파형들 모두가 송신되고 수신될 때까지 임의의 데이터의 프레임([D])의 임의의 데이터 엘리먼트가 완전한 정확도로 재구성되는 것이 보장될 수 없도록 선택될 수 있다. 프레임들 사이에서, 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 동일한 패턴이 반복될 수 있으므로, 프레임들 사이에서, 이러한 시간 시프트들 및 주파수 시프트들은 일부 실시예들에서 사이클릭 시간 시프트들 및 사이클릭 주파수 시프트들로서 간주될 수 있다.

그러나 주어진 프레임 내에서, 시간 시프트들 및 주파수 시프트들은 일부 실시예들에서 사이클릭 시간 시프트 및 사이클릭 주파수 시프트일 수도 있지만, 항상 그럴 필요는 없다. 예를 들어, 시스템이 N의 시간 기간들에 걸쳐 M의 주파수들을 이용하여 M×N의 데이터의 프레임을 송신하는 경우를 고려한다. 여기서, 각각의 시간 기간에 대해, 시스템은 M의 상호 직교 반송파 주파수(예를 들어, 톤들, 부반송파들, 협대역 부반송파들, OFDM 부반송파들 등)를 이용하여 M개의 OTFS 심볼들을 동시에 송신할 수 있다. OTFS 반송파 주파수(톤들, 부반송파들)는 모두 서로 직교하며, N개의 시간 기간을 고려하면, 각각의 시간 기간에 또한 재사용되지만, 사이클릭일 필요는 없다.

다른 실시예들에서, 미국 특허 출원들 제13/927,091호; 제13/927/086; 제13/927,095호; 제13/927,089호; 제13/927,092호; 제13/927,087호; 제13/927,088호; 제13/927,091호; 및/또는 가출원 제61/664,020호에서 이전에 개시된 방법들은 본원에서 개시된 OTFS 변조 방법들 중 일부에 대해 이용될 수 있다. 미국 특허 출원들 제13/927,091호; 제13/927/086호; 제13/927,095호; 제13/927,089호; 제13/927,092호; 제13/927,087호; 제13/927,088호; 제13/927,091호; 제14/583,911호, 제62/027,213호 및 제61/664,020호의 전체 콘텐츠들은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.

일부 실시예들에서, 본 개시내용은, 다중사용자, 포인트-투-포인트, 포인트-투-멀티포인트, 메쉬드, 셀룰러 고정식 및/또는 모바일 통신들에 특히 유용한 다양한 통신 기술 제품들, 프로세스들 및 시스템들을 논의한다. 이를 위해서, 본 발명은 종종 다수의 변조 차원들(예를 들어, 2개 또는 그 초과의 변조 차원들, 이를 테면, 시간-이동 차원들, 주파수-시프트 차원들, 공간-시프트 차원들, 편광-회전 차원들, 스케일 차원들 등)에 걸쳐 별개의 정보 심볼들의 동시 변조를 이용하게 한다. 다른 실시예들에서, 본 발명은 MIMO(multiple-input and multiple output)(예를 들어, 다중-입력 및 다중 출력 안테나들) 또는 다른 무선 빔 형성 기술을 이용하여 다양한 조합들에 의해 보조되는 때에, 표현 이론으로부터 유도된 신규한 변조 기술들을 이용하게 할 수 있다. 본 명세서에서, 무선 매체가 특정 예들로서 가장 빈번하게 이용되지만, 대안적인 실시예들에서, 본원에서 논의된 개념들은 또한, 다양한 타입들의 비무선 매체를 포함하는 다른 타입들의 메체에도 적용될 수 있다.

발명은, 오늘날의 통신 시스템들, 이를테면, 무선 시스템들이 명백하게 예측할 수 없는 (예를 들어, 명백하게 비결정론적인) 신호 페이딩 및 간섭에 의해 너무 자주 플러깅된다는 관찰 및 통찰에 적어도 부분적으로 기초한다. 무선 셀 폰 통신들을 고려한다. 이들은, 3차원 공간과 시간으로 이루어지는 "통신 채널"을 통해 무선 신호들(예를 들어, 라디오 신호들)을 송신함으로써 동작한다(여기서, 우리는 현재 대기, 구름, 비 등의 영향을 무시할 것이다). 또한, 높이 차원은 종종 다른 차원들과 관련하여 최소이며, 따라서 종종 통신들 채널의 2차원 공간 및 시간 모델이 적절하다는 것을 주목한다. 이것이 도시 환경에서 발생하는 것을 상상한다. 셀 폰이 포지션을 변경함에 따라, 셀 폰과 셀 폰 기지국으로의 그리고 셀 폰과 셀 폰 기지국으로부터의 신호들은, 무선 신호들가 다양한 오브젝트들(예를 들어, 건물들, 다리들, 이동 중인 차량들) 등으로부터 반사되기 때문에 명백하게 예측할 수 없는 양의 왜곡 및 간섭을 받을 수 있다. 우리는, 통신들 채널 상에 "구조"를 부과하는 것으로서 이러한 다양한 객체들의 총 합을 볼 수 있다.

각각의 반사는 다양한 시간-지연된 "에코" 무선 신호들을 생성한다. 셀 폰, 기지국 및 다양한 중간 리플렉터들(예를 들어, 이동 중인 차량들)의 상대적인 움직임에 따라, 이들 다양한 에코 반사들은 또한 마찬가지로 주파수 시프트(예를 들어, 도플러 시프트)될 수 있다. 이러한 다양한 시간-지연된 그리고 주파수 시프팅된 신호들 모두가 특정 수신 안테나(셀 폰 안테나 또는 기지국 안테나)에 도달할 때까지, 다양한 신호들이 왜곡될 것이고 명백히 예상하지 못한(예를 들어, 명백히 비-결정론적인) 신호 세기의 변화들을 겪게 될 것이고, 그 결과 페이딩 및 다른 통신 장애들을 발생시킨다.

이러한 효과들을 종종 통신 채널의 "채널 응답"으로 지칭한다. 이 분야의 선행 기술은 이러한 타입들의 신호 페이딩 및 다른 왜곡을, 본질적으로 비결정론적이며 본질적으로 해결불가능한 것으로 취급하는 경향이 있다. 대신에 선행 기술은 그러한 페이딩 및 다른 문제들이 발생할 가능성들을 단순히 기술하는 통계적 접근법들을 가르치는 경향이 있다. 따라서, 종래 기술의 방법들은 이러한 문제들에 대처하기 위한 시도로 통계적 파라미터들(예를 들어, 전형적인 페이딩 지속기간 시간들, 신호가 일관성있는 상태로 유지되는 통상적인 시간 길이, 무선 신호가 일관성있는 상태로 유지되는 통상적인 주파수 대역폭 등)을 이용하는 경향이 있다.

대조적으로, 본 발명은 현대 전자장치(예를 들어, 프로세싱 능력 및 속도)가 대안적인 접근법들이 이제 가능하다는 통찰에 부분적으로 기초한다. 특히, 본 발명은 통신 채널의 기본 구조(예를 들어, 리플렉터들의 분포, 송신기들, 수신기들, 리플렉터들의 상대적인 속도 등)를 노출시킬뿐만 아니라, 무선 신호들이 통신 채널을 통해 전파됨에 따라 이들 오브젝트들의 왜곡 효과들을 (사실상) 해결하는 것이 더욱 실현가능한 것으로 의도되는 신규한 방식으로 변조되는, 종종 짧은 시간 지속기간 버스트들의 형태로, 데이터를 송신하는 개념에 기초한다. 본질적으로, 이러한 "해결"은, 시스템으로 하여금, 많은 반사들 및 다른 신호 시프트들을 분류하고, 데이터 채널 구조에 의해 신호에 부과된 다양한 왜곡들(컨벌루션들)을 지능적으로 수정(예를 들어, 디컨벌루션)하게 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 무선 신호들은, 신호 리플렉터들이 통신 채널에 배치될 수 있는 상대적인 거리들을 노출시키는 것을 또한 돕기 위해 의도되는 일련의 짧은 버스트들 및 다양한 시간 시프트들에 따라 종종 변조된다. 동시에, 본 발명은 또한 종종, 통신 채널에서 동작하는 수신기(들), 송신기(들) 및 리플렉터들의 상대적인 속도들을 노출시키는 것을 돕기 위해 의도되는 일련의 주파수 시프트들에 따라 무선 신호를 변조할 것이다. 예를 들어, 공간(예를 들어, 다중 안테나들의 이용) 또는 다른 신호 파라미터들(예를들어, 편광)에 따라 다른 타입들의 동시 신호 변조가 또한 마찬가지로 이용될 수 있다.

본 발명은 또한, 통신 채널의 기본 구조가 더욱 양호할수록, 전체 성능이 더욱 양호하다는 것을 특징으로 할 수 있는 통찰에 부분적으로 기초한다. 따라서, 다중 안테나들의 이용은 보다 유리한 패턴들로 무선 에너지 송신기들 또는 수신기들을 지향시키는 빔 포메이션을 지원하는 것뿐만 아니라 (예를 들어, 시차 효과들을 이용하여 리플렉터들을 더욱 양호하게 위치시키는) 통신 채널의 기본 구조를 특징으로하도록 도울 수 있다. 모든 리플렉터들이 동일한 방식으로 라디오 파들을 반사하는 것은 아니기 때문에(일부 리플렉터들은 편광 변경들을 가함), 편광된 무선 신호들의 이용은 또한, 통신 채널의 기본 구조를 더욱 양호하게 특징화하도록 도울뿐만 아니라 통신 채널의 특정 구조가 즉시 주어진 경우 더욱 유용할 수 있는 특정 무선 신호 편광 모드들을 선택하도록 도울 수 있다.

시스템의 성능을 더욱 추가로 향상시키기 위해 다른 방법들이 또한 이용될 수 있다. 이러한 다른 방법들 중 일부는, 데이터 심볼들을 매트릭스-형 데이터 프레임들로 또한 패키징함으로써 데이터를 전송하고 수신하는 방법들을 포함할 수 있다. 이러한 매트릭스와 유사한 데이터 프레임들은 종종, 시스템이 데이터 채널의 구조를 더 양호하게 특징으로 하는데 도움이 되도록 파일럿 신호들로 구성될 수 있을뿐만 아니라, 시스템이 문제들을 검출하고 수정 조치를 취하는데 도움이 될 수 있는 다양한 에러 코드들로 종종 구성될 수 있다. 표준 에러 수정 목적들 이외에도, 이러한 에러 코드들은 또한, 데이터 채널의 구조의 그의 기본적인 이해가 최적상태에 못 미칠 수 있는 시기, 및 추가적인 최적화(예를 들어, 더 많은 파일럿 심볼들의 전송, 다양한 시간-주파수 편광의 구성, 다중 안테나 구성들 등)가 유용하게 되는 시기를 시스템에 통지하는데 도움이 될 수 있다. 레이턴시(예를 들어, 주어진 세트의 데이터를 송신하는데 필요로 되는 시간 지연)와 같은 다른 시스템 특징들을 최적화하기 위해서, 데이터 프레임들을 인터리빙하고, 버스트 타입을 조정하는 다양한 방법들이 또한 논의될 것이다.

도 1은, 데이터 채널에서 (그 자신의 위치, 반사 및 속도 계수들의 다양한 계수들을 가질 수 있는) 적어도 하나의 무선 리플렉터와 관련한 동작하는(여기서, 2 차원 공간 만이 나타내어고, 시간 차원은 리플렉터의 속도 화살표로 나타내어진다) 적어도 하나의 무선 송신기, 수신기(이들 각각은 그 자신의 고유 속도들과 위치들을 가질 수 있음)의 추상화된 모델을 도시한다.
도 2는 특정 OTFS 시간 및 주파수 오프셋 빈에서 송신되는, 그리고 일부 실시예들에서 다양한 "클리어" OTFS 시간 및 주파수 빈들에 의해 둘러싸여진 OTFS 파일럿 심볼 파형 버스트들이 채널 응답 파라미터들의 결정을 돕기 위해 이용될 수 있는 방법을 도시한다.
도 3은, 데이터 프레임의 몇몇 부분들이 채널 응답 파라미터 목적들에 대한 OTFS 파일럿 심볼 파형 버스트들에 대해 이용되고 다른 부분들은 OTFS "데이터 페이로드"에 대해 이용되는, 혼합식 OTFS 데이터 프레임의 이용을 도시한다.
도 4는, MIMO OTFS 송신기가 관심있는 OTFS 수신기를 향하여 지향되는 에너지의 무선 빔을 형성하는 OTFS MIMO 실시예를 도시한다. 도 4는 또한, OTFS 파일럿 심볼 파형 버스트들의 이용하여 시스템의 채널 응답 파라미터들을 결정하도록 시스템을 도울 수 있고, 따라서 MIMO OTFS 송신기 빔을 OTFS 수신기로 지향시키는 것을 도울 수 있는 방법을 도시한다.
도 5는 신규 리플렉터(리플렉터 2)가 무선 신호들이 MIMO OTFS 송신기로부터 OTFS 수신기로 직접 이동하는 것을 현재 방지하고 있는 대안적인 OTFS MIMO 상황을 도시한다. OTFS 시스템은 (채널 응답 파라미터들에서 변화들을 검출하기 위해서, 본 발명의 에러 검출 방법들에 의해 보조될 수 있는, OTFS 파일럿 심볼들을 이용함으로써) 자동으로 문제를 검출할 수 있고, 그런 다음 유용한 리플렉터의 방향에서 송신된 빔을 형성하도록 송신기의 MIMO 안테나를 지향시키고, 따라서 간접 반사된 신호들을 이용하여 수신기와 접촉하게 한다.
도 6은 상기 도 5에 도시된 것과 유사한, 다른 대안적인 OTFS MIMO 상황을 도시한다. 그러나 여기서, OTFS 수신기는 MIMO OTFS 수신기이며, 수신기는 채널 응답 파라미터들에서의 변화들을 이용하여, 유용한 리플렉터의 방향으로 우선적으로 수신하도록 수신기의 MIMO 안테나들을 지향시킨다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예들 - OTFS 송신기들, OTFS 수신기들, OTFS 시간 시프트들의 변조, 주파수 시프트, 편광, 버스트 특징들, 에러 코드들의 이용, 파일럿 심볼들, MIMO 안테나들, 채널 응답 파라미터들의 맵들 등이, 어렵고 끊임없이 변화하는 환경에서 동작하더라도 강인하고 페이드 저항성 통신들을 제공하도록 설계되는 통합된 OTFS 무선 통신 시스템을 생성하도록, 모두 함께 작용할 수 있거나, 모두 결합되거나, 또는 단지 일부 실시예들만이 구현되는 방법을 도시한다.

앞서 논의된 바와 같이, 본 발명은, 신호 세기의 변동들(예를 들어, 가끔의 신호 페이딩, 신호가 얼마나 오랫동안 일관성 있게 유지되는지, 신호 주파수 범위들 중 얼마나 큰 범위가 일관성있는 것으로 예상될 수 있는지)을 통계적 방법들로만 처리될 수 있는 어떤 것으로 간주하는 경향이 있는 종래 기술의 방법들과 대조적으로, 통신 채널의 기본 구조가 노출되고 신호 왜곡의 다양한 원인(예를 들어, 다양한 반사들, 주파수 시프트들, 다른 시프트들 등)이 대신 정리되거나 "해결"되는 경우 우수한 결과들이 획득될 수 있다는 통찰에 적어도 부분적으로 기초한다.

통신 채널이, 본 개시내용 전체에 걸쳐, 데이터를 송신하도록 이용되기 때문에, 일반적으로 통신 채널들을 "데이터 채널들"로 지칭할 것이다. 이 개시내용의 메인 포커스는, 데이터를 3차원 공간(종종 지구에서, "공간"이 공기로 채워질 수 있고 심지어 다른 자연적인 자연적인 공기 중의 오브젝트들, 이를 테면, 구름, 빗방울, 우박 등) 및 일 시간 차원을 통해 (종종, 마이크로파 주파수들 및 이를 초과하여 다양한 주파수들의 라디오 신호들을 이용하여) 데이터를 송신하는 무선 데이터 채널들에 있을 것이다. 그러나 본원에서 개시되는 적어도 다수의 개념들은 다른 매체들(예를 들어, 물, 도전성 금속들, 투명 고체들 등)에서 동작하는 다른 데이터 채널에 대해서도 또한 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 일부 공간 차원들, 이를 테면 높이는 덜 중요할 수 있다. 따라서 일반적으로, 본 발명은 종종, 적어도 2 차원의 공간과 1 차원의 시간으로 이루어진 다차원 데이터 채널을 이용하여 동작하는 것으로 지칭될 것이다. 그러나, 종종 본 발명은 3 차원의 공간과 1 차원의 시간에서 동작하더라도; 1 유효 차원의 공간과 1 차원의 시간에서만 동작하는 실시예들도 또한 고려된다는 것을 이해해야 한다.

본 발명은 프로세서들(예를 들어, 대중적인 Intel x86 시리즈의 프로세서들과 같이 흔히 이용되는 프로세서일 수도 있는 마이크로프로세서들) 및 디지털 신호 프로세서들과 같은 현대의 전자 컴포넌트들을 이용하며; 예를 들어, 다양한 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이들(FPGA)에 의해 구현될 수 있는 현대의 소프트웨어 구성 무선 송신기들 및 수신기들을 종종 이용할 것이다. 여기서, Harris의 "Digital Receivers and Transmitters Using Polyphase Filter Banks for Wireless Communications"(IEEE transactions volume 51(4), 2003년 4월, 1395-1412쪽) 방법이 이용된다. 주문형 집적 회로(ASIC)들 및 다른 타입들의 디바이스들 및 방법들이 또한 이용될 수 있다.

본 발명이 많은 실시예들을 가지며, 이들 중 일부가 본원에서 상세히 핵심적으로 논의될 것이지만, 이러한 실시예들 중 많은 것은, 적어도 하나의 무선 송신기와 적어도 하나의 무선 수신기 사이에서 다차원 데이터 채널을 통해 (종종 이들 다차원들은 적어도 1차원 또는 2차원이고, 종종 3차원 공간 및 1차원 시간일 것이다) 복수의 심볼들(종종 OTFS 심볼들, 종종 데이터를 반송함)을 송신(일반적으로 무선으로 송신)하는 자동화된 방법에 기초하는 것으로 간주될 수 있다.

본 발명의 하나의 고유한 양상은, 그것이 OTFS 심볼들 및 OTFS 파형들로서 본 명세서에서 종종 지칭되는 직교 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 무선 파형들의 형태로 데이터 심볼들을 종종 무선으로 송신한다는 것이다. OTFS 심볼들 및 OTFS 파형들은 다양한 방법들에 의해 구현될 수 있고, 이들 중 일부는, 부출원들 US 제61/349,619호, US 제13/177,119호, US 제13/430,690호뿐만 아니라 US 특허 제8,547,988호에서 앞서 개시되었다; 상기 출원 전체는 그 전체가 이용에 의해 본원에 포함된다. OTFS 파형 기술의 다양한 양상들의 보다 상세한 설명은 물론, OTFS 심볼들 및 데이터 프레임들을 구현하는 다양한 방법들에 관한 보다 상세한 설명에 대한 이러한 앞의 개시내용들을 참조한다.

이들 앞선 개시들의 일부 양상들을 간단히 요약하면, 일부 실시예들에서, 송신기 측에서, OTFS 심볼들로서 송신을 위해 의도된 데이터 심볼들은, 다양한 심볼 매트릭스들 또는 "데이터 프레임들" 상에서 적어도 하나의 프로세서 및 적절한 소프트웨어를 이용하여 통상 자동으로 분배될 수 있다. 이들은 N·N 매트릭스들 또는 심지어 N·M 매트릭스들(여기서 M은 N과 상이함)일 수 있다. 이 심볼 매트릭스들 또는 데이터 프레임들은 그 후 시스템의 무선 송신기(들)의 변조를 제어하기 위한 입력으로 이용된다. 구체적으로, 송신을 위해 의도된 데이터 심볼들은 일 군의 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 파형들에 가중치를 부여하거나 또는 이를 변조하는데 이용될 수 있다.

이것은, 예를 들어, 무선 신호 변조기들(예를 들어, 앞서 논의된 Harris의 방법 또는 다른 방법들을 이용하여 구현될 수 있는 QAM 변조기들)의 뱅크의 동작을 제어하기 위해 데이터 심볼들을 이용하는 송신기에 의해 행해질 수 있다. 결과적인 출력은, 예를 들어, 복수의 주파수들 및 시간 시프트들에 걸쳐 QAM 변조된 파형들의 복수의 버스트들을 발생시킬 수 있으며, 이는 데이터 채널의 구조(예를 들어, 다양한 리플렉터들의 포지션 및 속도)를 식별하는 것을 돕기 위해 수신기에 의해 추후에 이용될 수 있다.

이들 파형들이 그 후 송신 동안 왜곡될 수 있지만, 이들의 기본 시간 및 주파수 반복 구조는, 적절한 수신기 기반 디컨벌루션 방법에 따라, 필요한 디컨벌루션의 타입을 결정하기 위해 반복 패턴들을 활용함으로써 이러한 왜곡들을 정정하도록 시스템의 수신기에 의해 이용될 수 있다.

일반화를 위해서, 본원에 설명된 방법들에서, 파일럿 심볼, 널 심볼들, 및 보통 데이터 심볼들 중 임의의 것을 포함할 수 있는 심볼들이, 때때로 평면들(planes)로도 지칭되는 적어도 하나의, 종종 복수의 심볼 프레임들 내로 배열된다. 심볼들은 다양한 상이한 타입들의 심볼일 수 있지만, 종종 복소수들, 종종 복합 정수들(예를 들어, 가우스 정수들) 및/또는 QAM 심볼들로서 표현될 수 있다. 이러한 심볼 프레임들은 이에 따라, 통상적으로 이들 심볼들의 NxN 또는 NxM 프레임들과 같은 2차원 어레이이며, 여기서 N 및 M은 모두 1보다 큰 정수들이다. 시스템은 통상적으로 심볼 프레임 단위로 동작할 것이다.

통상적으로, 심볼 프레임 단위로, 적어도 하나의 프로세서(일반적으로 송신기 프로세서)는 무손실 및 가역 변환을 이용하여 그 심볼의 프레임의 적어도 모든 데이터 심볼에 걸쳐 (주어진 심볼 프레임에서의) 적어도 각각의 데이터 심볼의 정보를 확산시킬 것이다. 다양한 특정 타입들의 무손실 및 가역 변환들은 본원에서 설명되지만, 이 특정 예들은 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 이러한 변환 프로세스의 순수 결과는 적어도 프레임의 데이터 심볼 부분 또는 주어진 데이터 심볼 프레임의 데이터 심볼들의 각각의 세트에 대해, 복수의 OTFS 심볼들을 포함하는 대응하는 2차원 OTFS 프레임(데이터 평면)이 생성될 것이라는 것이다. 종종, 주어진 심볼 프레임이 N×M 개의 심볼들을 갖는다면, N×M 개의 심볼들을 포함하는 대응하는 OTFS 프레임이 생성될 것이지만, 이 예도 또한 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 이들 OTFS 심볼들은 그 후, (재차 OTFS 프레임 단위로) 그 OTFS 프레임의 데이터 심볼들로부터 유도된 각각의 OTFS 심볼이 (일반적으로 그것들이 서로 직교하기 때문에) 복수의 서로 구별 가능한 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들에 걸쳐 확산되는 방식으로 송신될 것이다. 이들 OTFS 파형 버스트들은 그 후 본 개시의 다른 부분에서 논의된 바와 같이 데이터 채널을 트래버싱한다.

재차 일반화를 위해서, 무선 수신기(들)는 그런다음 통상적으로 OTFS 프레임 단위로 지금 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 수신하고, 디컨벌루션 후에, 적어도 원래의 송신된 OTFS 파형 버스트들의 근사치를 유도하고, 그리하여 원래 송신된 OTFS 프레임의 근사 또는 리플리카(리플리카 OTFS 프레임)를 생성할 것이다. 그런다음, 수신기는 적어도 하나의 프로세서(통상적으로 수신기 프로세서) 및 변환의 인버스(inverse)를 이용하여 원래 송신된 OTFS 프레임의 근사치(리플리카 OTFS 프레임)로부터 리플리카 심볼들을 추출할 수 있다.

이 방법의 결과로서(예를 들어, 무손실 및 인버터블 확산으로 인해), 또는 이 방법에 대한 추가적인 제약으로서, 통상적으로 적어도 데이터 심볼에 대해, 임의의 (데이터) 심볼은, OTFS 심볼들 중 그 심볼의 특정 프레임으로부터의 실질적인 모든 OTFS 심볼들이 송신되고 수신되지 않으면, 완전한 정확도로 추출(즉, 송신 및 수신)된다고 보장될 수 없다. 여기에서 "실질적으로 모든"은 상황의 세부사항들(프레임 크기, 파일롯 심볼의 이용, 에러 검출/정정 심볼 등)에 다소 의존할 것이지만, 종종 적어도 데이터 심볼 유도 OTFS 심볼들 중 80% 또는 그 초과가 성공적으로 송신되고 수신될 것을 요구할 것이다. 파일롯 심볼들 또는 에러 검출/정정 심볼을 이용하지 않고 데이터 심볼들에 리던던시가 없는 일부 제한적인 상황에서, 주어진 OTFS 프레임의 모든 OTFS 심볼들이 성공적으로 송신되고 수신될 필요가 있을 것이다. 그러나 이러한 견고성의 부족은 바람직하지 않으며, 통상적으로 이러한 추후의 상황을 회피될 것이다.

도 1은, 적어도 하나의 무선 송신기(102), 수신기(104)(송신기 및 수신기 둘 모두는 그들 자신의 각각의 속도들 및 위치들을 가짐)가 적어도 하나의 무선 리플렉터(106)와 관련하여 동작하는 데이터 채널(100)의 구조의 추상적 모델을 도시한다. 각각의 무선 리플렉터(106)는 통상적으로 무선 반사 및 속도들(108)의 그 자신의 위치, 다양한 계수들을 가질 것이다. 이들 송신기들, 수신기들, 및 리플렉터(들)는, 무선 통신들의 예에서, 2 또는 3차원 공간(여기서 대기(atmospheric) 문제들은 무시함)과 시간 차원일 수 있는 데이터 채널에서 동작한다. 시간 차원은, 이 예에서, 리플렉터(106)가 이동하고 있는 것을 나타내는 속도 화살표(108)로 예시된다. 다이어그램을 간단하게 유지하기 위해서, 송신기 및 수신기가 정지 상태인 것으로 도시되었만, 사실상, 이들은 각각 그들 자신의 속도들을 또한 가질 수 있다.

발명의 더욱 기본적인 양상에서, 본 발명은 따라서, 복수의 OTFS 심볼(110)로서 복수의 심볼을 무선으로 송신하기 위해서 적어도 하나의 송신기(102) 및 적어도 하나의 송신기 기반 프로세서를 이용하는 방법일 수 있다. 상기 언급된 바와 같이, 이들 복수의 OTFS 심볼들 내의 각각의 OTFS 심볼은 일반적으로, (여기서 "원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들"로서 지정될) 복수의 상호 직교 시간 컨벌루팅된 (또는 시프팅된) 및 주파수 컨벌루팅된 (또는 시프팅된) 무선 OTFS 파형 버스트들 전체에 걸쳐 확산된다. 단어 "버스트"는, 변조된 파형들이 제한된 시간 지속기간, 일반적으로 제 2의 소부분을 가질 것이라는 것을 지정하도록 의도된다. 이러한 작은 지속 지속기간 버스트들은 에코 위치 및 레이더(radar)에서 이용되는 작은 버스트들 또는 처프들과 다소 유사한 보조 기능을 갖는 것으로 이해할 수 있다; 버스트들은 수신기가 다양한 리플렉터들의 상대적인 위치들을 더 잘 구별하도록 돕고 일반적으로 수신기 단부에서 신호 디컨벌루션을 늦추는 데 도움이 된다.

이러한 무선 OTFS 파형 버스트들이 다차원 데이터 채널(100)(예를 들어, 임의의 리플렉터들(106)을 또한 포함하는 수신기(104)와 송신기(102) 사이의 공간)을 통해 이동(전파)하므로, 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들(110)은 일반적으로 적어도 하나의 경로에 걸쳐 이동한다. 이 적어도 하나의 경로는 일반적으로, 직접 경로(112) 및/또는 하나 또는 그 초과의 반사 경로들(114a, 114b)을 포함할 것이다.

따라서, 직접 경로(112)는 일반적으로, 적어도 하나의 무선 송신기(102)로부터 적어도 하나의 무선 수신기(104)로 대체로 직선(112)으로 이동하는 본래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들(110)에 의해 생성될 것이다. 이를 "직접 무선 OTFS 파형 버스트들"로 지칭할 것이다.

원래 송신된 OTFS 파형 버스트들(114a)이 무선 수신기(들)(104)에 도달하기 전에 (주어진 속도(108)로 이동하고 있을 수 있는) 적어도 하나의 무선 리플렉터(106)로부터 반사(114b)될 경우, 유사한 반사 경로들(114a, 114b)이 일반적으로 생성될 것이다. 이들 반사된 파형들(114b)은, 이 예에서, 직접 무선 OTFS 파형 버스트(112)와 관련하여 시간 지연되고 도플러 주파수 시프트될 것이다. 따라서 이러한 시간 지연 및 도플러 주파수 시프팅된 파형들은, 이들이 무선 수신기(104)에서 수신될 경우 "시간 지연 및 도플러 주파수 시프팅된 반사 무선 OTFS 파형 버스트들"(114b)로 지칭될 것이다. 송신기(102) 및 수신기(104)의 상대적인 위치들 및 속도들로 인해, 직접 파형들(112) 조차도 시간 지연 및 주파수 시프트될 수 있지만, 이제 본 논의에서는 이 효과를 무시하는데, 주된 중요한 문제는, 수신기에서 직접(112) 및 간접(114b) 파형들이 만나기 때문이라는 것을 또한 주목한다. 그들은 상이한 시간 지연들 및 주파수 시프트들을 갖기 때문에, 그들은 서로 보강적이고 상쇄적인 간섭에 관여할 것이며, 이것이 당면한 주된 문제이다. 물론 보다 일반적으로, 직접 경로 시간 지연들 및 주파수 시프트들이 또한 고려되어야 한다.

본 예로 돌아가면, 수신기(들)(104)에서, 본질적으로 임의의 직접 무선 OTFS 파형 버스트들(112) 및 임의의 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들(114b)의 결과적으로 발생되는 조합은 보강적이고 상쇄적인 간섭의 패턴들을 생성할 것이다(이는 다른 문제들 중에서도, 채널 페이딩을 발생시킬 수 있음). 이 조합을 "채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들"로 지칭할 것이다.

보강적이고 상쇄적인 간섭의 이러한 패턴들은 전송되는 무선 파형들의 변조 방식과 관계없이 문제들과 페이딩을 생성할 수 있다. 종래 기술은 단지, 이러한 문제점들의 가능도를 결정한 후 시스템 세팅들을 구성하도록 (다양한 통계 방법들을 이용하여) 시도되므로, 무선 시스템들이 통신을 계속할 수는 있지만, 기능성의 정도를 낮춘다. 대조적으로, 본 기술은 대안적인 접근법을 교시한다.

선행 기술은, 예를 들어, 반사된 신호(114b)로부터의 반사된 에너지가 종종 직접 신호(112)보다 더 낮기 때문에, 하나의 (차선의) 솔루션은 수신기(104)의 민감도를 감소시킬 것이고, 더 낮은 레벨의 효율로 직접 신호(112)를 계속 수신할 것이다.

대안으로, 몇몇 OFDM 시스템들에 대해 종종 수행되었던 것처럼, 상호 직교하는 톤들에 의해 각각 반송되는 대 다수의 협대역 OFDM 부반송파들을 통해 정보를 분할하지만, 각각의 부반송파 상에서 정보를 상대적으로 느린 레이트로 송신함으로써 에코 효과들이 완화될 수 있다. 그러나, 각각의 OFDM 부반송파가 여전히 반사된 신호들에 의해 영향을 받고 따라서 최적의 레이트보다 더 느린 레이트로 계속 동작해야 하기 때문에 실제로 "문제를 해결"하지 않고 단지 완화시킬 뿐이다. 일부 OFDM 시스템들은 또한, 사이클릭 프리픽스 타입 파형들의 이용에 의한 에코 효과 문제를 방지하려고 시도하는데, 이는 각각의 OFDM 부반송파의 데이터 반송 레이트를 훨씬 더 느리게 한다.

대조적으로, 현재 개시된 기술은 보강적이고 상쇄적인 간섭의 이러한 패턴들에도 불구하고, 기능성의 거의 정상 레벨에서 계속 작동하는 것과 더욱 유사한 것을 교시한다. 이는, 예를 들어, 수신기(104)가 중간 리플렉터(106)의 존재 및 특성들을 분석하게 할 수 있는 파형들을 전송함으로써 수행된다. 이는 결국, 반사된 신호(114b)로부터 무선 에너지를 또한 이용할 수 있도록 수신기가 그의 동작을 적응시키게 한다. 본질적으로, 본 발명의 방법들은, 수신기의 민감도를 감소시키지 않고, 오히려 일부 반사된 신호들(114b)이 직접 신호들(112)과 유사하게 되지만, 특정 시간 지연 및 주파수만큼 오프셋되는 것을 예상할 것을 수신기에게 명령할 수 있다.

따라서, 수신기(104)의 민감도를 감소시키기 보다는, 본 발명은 대신에, 수신된 신호를 프로세싱하여 직접 신호(112)를 적절하게 조정된 시간 및 주파수 시프트 신호(114b)로 보충할 것을 수신기에게 지시한다. 이는, 송신기(102)로부터의 신호가 거의 전혀 손실되지 않고 상이한 형태로 (예를 들어, 더욱, 리플렉터(들)(106)의 위치 및 속도에 의존하는 파형들(114b)로) 변환되기만 했기 때문에 효율적으로 넌-페이딩(non-fading)인 결정적 방식으로, 그리고 거의 완전한 효율로 시스템이 동작하게 한다.

따라서, 본원에 개시된 방법들의 많은 실시예들에 따르면, 수신기(들)(104)는 이러한 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들(예를 들어, 112 및 114b의 임의의 조합)을 수신할 것이고, 보통은, 이러한 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 디컨벌루팅하도록 그의 적어도 하나의 수신기 기반 프로세서를 이용할 것이다. 즉, 수신기는, 신호들(112 및 114b)로 하여금 수신기에 의해 정확하게 분석되게 하기 위해서, 예를 들어, 이러한 신호들을 분석하고 적어도 적절한 시간 지연들 및 주파수 수정을 적용함으로써 신호들(112 및 114b)의 보강적 간섭에 의해 야기된 왜곡들을 수정할 것이다. OTFS 수신기(104)는, (112)와 (114b)가 단지 동일한 신호의 상이한 형태들이라는 것을 이해한다. 따라서, 수신기는 리플렉터들, 이를 테면, (106)의 포지션 및/또는 속도가 변경되는 경우에도 결정론적이고 일반적인 페이드 저항성 방식으로 이러한 심볼들을 적절하게 수신한다.

일부 실시예들에서, 이 디컨벌루션 프로세스는 채널(100)의 구조를 특징화하기 위해 적어도 하나의 프로세서(종종 수신기 기반 프로세서)를 이용함으로써 수행될 수 있다. 여기서, 예컨대, 이 적어도 하나의 프로세서는, 무선 송신기(들)(102)와 무선 수신기(들)(104) 사이에서 이 다차원 데이터 채널(100)의 채널 응답 파라미터들을 자동으로 결정하기 위해서 이용될 수 있다.

물론, 앞에서 설명한 바와 같이, 다차원 데이터 채널(100)의 "채널 응답 파라미터들"은 적어도 무선 송신기(들)(102), 무선 수신기들(104), 및 다양한 무선 리플렉터(들)(106)의 상대적인 위치들, 상대적인 속도들 및 속성들에 의해, 또는 다른 비-반사 신호 감쇄기 오브젝트들(미도시)에 의해 생성된다. 본질적으로, 채널 응답 파라미터들은, 수신기(104)로 하여금, 예를 들어, 리플렉터(106)의 속도(108) 및 위치로 인해 수신기(104)에서 수신된 신호의 x%가 팩터 "y"만큼 주파수 시프팅되고 팩터 "z"만큼 시간 시프팅된 신호(114b)인 것을 이해하게 하고; 추가로, 수신기(104)에 의해 수신된 신호의 나머지가 시간 시프팅되거나 또는 주파수 시프팅되지 않거나, 그렇지 않으면 상이한 범위까지 적어도 시간 시프팅되고 주파수 시프팅되는 직접 신호(112)라는 것을 (이 예에서) 알게 한다. 이는, 수신기로 하여금 본질적으로 디컨벌루션 모델을 생성하게 하여 원래 신호(110)가 실제로 무엇이었는지를 "해결"한다.

이를 대안적인 언어로 쓰자면, 무선 수신기(들)(104)는 (종종 곧 설명될 방법들에 의해) 채널 응답 파라미터들을 결정하고 이러한 채널 응답 파라미터들(및 종종 적어도 하나의 수신기 기반 프로세서)을 이용하여 수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들(112 및 114b의 조합)을 디컨벌루팅함으로써, 적어도 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들(110)의 근사치를 유도할 것이다.

종종 이 디컨벌루션 프로세스가 완료된 후, 그런다음, 수신기는 또한, 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들(110)의 수신기 기반 근사치로부터 복수의 OTFS 심볼들을 수학적으로 추출(예를 들어, 해결, 결정)할 수 있다. 이러한 목적들을 위해서, 출원들 제61/349,619호, 제13/177,119호, 제13/430,690호 및 미국 특허 제8,547,988호의 종종 매트릭스 수학적 기반 방법들이 이용될 수 있고; 이들 모두가 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 아날로그 방법들, 수치 근사 방법들 등을 포함하는 다른 방법들은 또한 이러한 목적들에 대해 이용될 수 있다. 다양한 OTFS 심볼들이 수신기에서 어떤 방법에 의해 결정되면, 시스템은 무선 송신기(들)(102) 간의 원래 OTFS 심볼들 중 적어도 일부를 무선 수신기(들)(104)로 송신했을 것이다.

상기 논의된 매트릭스 수학적 방법들 이외에도, 이러한 방법들에 대한 대안적인 변형들이 또한 실행될 수 있다. 일부 실시예들에서, N x N 데이터 심볼 매트릭스들로 이루어진 OTFS 데이터 프레임들 또는 데이터 평면들의 형태로 OTFS 데이터 심볼들을 송신하고, 그 후 수신기에서, 송신된 N x N 매트릭스들을 인버팅시킴으로써 송신된 데이터 심볼들을 리트리빙하기 위해 앞서 표현된(예를 들어, 출원들 제61/349,619호, 제13/177,119호, 제13/430,690호 및 뿐만 아니라 미국 특허 제8,547,988호) 선호들이 대안적인 방법들에 의해 릴렉싱되고 그리고/또는 보충될 수 있다.

대안적인 OTFS 데이터 프레임 방법들

대안적인 프로세스에서, 상술된 방법들은, 일련의 N 시간 컨벌루팅된 (또는 시프팅된), 및 M 주파수 컨벌루팅된(또는 시프팅된) 상호 직교 파형 버스트들을 통해 각각의 OTFS 심볼을 확산시킴으로써 복수의 OTFS 심볼들을 송신함으로써 구현될 수 있다. 이 실시예에서, 다시 N 및 M 둘 모두는 각각이 1보다 큰 정수일 것이고, N은 M과 동일할 필요가 없다. 따라서, 이 대안적인 방법은 하나 또는 그 초과의 (종종 복수의) OTFS 데이터 평면들(여기서, 평면들 및 프레임들은 종종 상호교환 가능하게 이용될 것임)의 형태로 OTFS 심볼들을 패키징하고, 각각은 상호 직교 시간 컨벌루팅된(또는 시프팅된) 및 주파수 컨벌루팅된(또는 시프팅된) 파형 버스트들의 N·M 매트릭스를 포함한다. 따라서, 이 프로세스는 OTFS 데이터 평면 당 최대 n·m개의 상이한 OTFS 심볼들을 송신할 수 있다. 여기서, 주된 제약은, 적어도 노이즈 또는 다른 형태의 데이터 손상이 없는 경우, 각각 OTFS 데이터 평면은 원칙적으로 적어도 하나의 프로세서(보통 수신기 프로세서)에 의해 분석(예를 들어, 해결)될 수 있어야 한다. 이 분석 프로세스의 결과는, 임의의 주어진 OTFS 데이터 평면 내의 복수의 최대 N·M개의 상이한 OFTS 심볼들의 각각의 OFTS 심볼이 재구성(예를 들어, 결정)될 수 있다는 것이어야 한다.

따라서, OTFS 데이터 평면들의 이 대안적인 N·M 직사각형 매트릭스 포뮬레이션은, 예를 들어, M>N인 경우, NㆍN 데이터 매트릭스의 경우일 때 보다 더 넓은 범위의 시간 시프팅 또는 더 넓은 범위의 주파수 시프팅을 이용하여 송신될 수 있는 여분의 OTFS 심볼들이 존재할 것이라는 점에서 앞의 NㆍN(또는 N×N) OTFS 데이터 평면들과는 상이하다. 이러한 여분의 OTFS 심볼들은 더욱 유용한 데이터를 송신(예를 들어, 보다 큰 데이터 페이로드를 송신)하기 위해 이용될 수 있거나, 또는 대안으로 다른 목적들을 위해 이용될 수 있다. 이러한 다른 목적들 중 일부는 시스템이 더 양호한 시간 동기화, 더 양호한 에러 수정을 달성하도록 돕는 것을 포함한다. 이 접근법은 또한, 채널 상의 시간 지연들의 문제가 도플러 주파수 시프트들의 문제보다 더 크거나, 또는 도플러 주파수 시프트들의 문제가 시간 지연들의 문제보다 더 크고, 다른 차원(예를 들어, 시간 지연 또는 주파수 시프트)보다 일 차원(예를 들어, 시간 지연 또는 주파수 시프트)에서 더 높은 해상도가 요구되는 상황들에서 유용할 수 있다. 후술되는 바와 같이, 일부 실시예들에서, 여분의 로우들 또는 컬럼들 또는 둘 모두는 또한, 채널 응답 파라미터들/디컨벌루션 파라미터들의 결정을 돕기 위해 파일럿 신호들을 송신하는데 이용될 수 있다.

그렇지 않으면, 각각의 OTFS 심볼을 재구성하거나 결정하는 여러 가지 상이한 방법들이 있다. 앞에서 논의된 바와 같이, 출원들 제61/349,619호, 제13/177,119호, 제13/430,690호뿐만 아니라 미국 특허 제8,547,988호에서 앞서 논의된 매트릭스 수학적 방법들 이외에도, 수치 근사화 방법들 및 심지어 아날로그 계산 방법들을 포함하는 다른 방법들이 허용되지만, 일반적으로, 프로세서 또는 디지털 신호 프로세서를 이용하여 수행될 수 있는 디지털 동작들이 선호된다.

데이터 채널 응답 파라미터들의 획득 또는 초기 특징화

앞에서 논의된 바와 같이, 시스템은, 데이터 채널(100)의 기본 구조를 설명하는 것을 돕도록 설계되고 짧은 버스트들(110)로 송신되는 OTFS 파형들을 이용하여 동작한다. OTFS 수신기(104)는 일반적으로 OTFS 파형들(110)의 이러한 다양한 짧은 버스트들을 청취하도록 설계되었으며, 실제로, 반복되는 에코 패턴들(예를들어, 에코(114b))과 반복되는 시간 지연 패턴들(예를 들어, 직접 경로(112)와 간접 경로(114a + 114b) 간의 신호 이동 시간에 있어서의 차에 의해 발생되는)뿐만 아니라 반복되는 시간 지연 패턴들 및 (예를 들어, OTFS 파형들에서 리플렉터 속도(108)뿐만 아니라 송신기(102), 수신기(104)와 리플렉터(106) 간의 속도의 가능한 차들에 의해 발생되는) 반복되는 주파수 시프트들이 존재한다는 사실을 이용하여 데이터 채널의 구조에 대해 간섭한다.

수신기가, 데이터 채널에 존재할 수 있는 각각의 그리고 모든 리플렉터의 무선 반사의 위치들, 속도들 및 계수들 모두에 대해 완전히 결정할 필요가 없고, 심지어, 무선 송신기 및 수신기의 정확한 상대적인 위치 및 속도들의 완전히 결정할 필요도 없을 수 있다. 그러나 잘 동작하려면, 수신기는, 채널의 채널 응답 파라미터들을 결정하기 위해서, 적어도 반사의 주된 소스들에 대한 충분한 정보 및 다양한 시간 지연 및 주파수 시프트들의 주된 소스들에 대한 충분한 정보를 획득해야 한다. 이러한 채널 응답 파라미터들은, 수신기에 의해 검출된 바와 같은 실제 신호 왜곡을 모방하는 방식으로 원래 OTFS 신호 버스트들(110)을 왜곡하는 오퍼레이터로서 보여질 수 있다. 본질적으로, 채널 응답 파라미터들은, 이러한 파형들이 다양한 채널 경로들을 따라 수신기로 이동함에 따라 채널 구조가 원래 OTFS 무선 파형들에 대해 수행했던 것을, 희망컨대 합리적으로 가깝게 복제하는 수학적 모델로서 간주될 수 있다.

도 1의 경우, 수신기 및 송신기가 둘 모두 고정되었다면, 채널 응답 파라미터들은 단순히, 오리지널 OTFS 파형들의 x%가 [(거리(114a)+거리(114b)-거리(112)]/c의 시간 인자에 의해 둘 모두 지연되었던 것이고, 여기서 c는 광의 속도뿐만 아니라 리플렉터 속도(108)의 인자에 따라 시프팅된 도플러 주파수이다. 여기서, x%는 부분적으로 리플렉터(106)의 무선 반사의 계수의 함수이다. 다른 팩터들은 또한, 인버스 제곱 법칙 식에 따라, 리플렉터(106)의 상대적인 배향, 리플렉터(106)와 송신기(102) 간의 거리뿐만 아니라 송신기(102)와 수신기(104) 간의 상대적인 거리를 포함할 것이다.

그러나, 추가적인 변수들에서 수신기 및 송신기뿐만 아니라 그들 자신의 계수들을 갖는 다른 리플렉터들의 그러한 상대적인 위치들 및 속도들 반사, 속도 및 상대적인 위치들을 다이얼(dial)하면, 채널 응답 파라미터들은 곧 매우 복잡해진다는 것을 주목한다. 그러나, OTFS 무선 신호들이 시간 지연들 및 주파수 오프셋들의 반복되는 패턴들을 갖도록 구성되기 때문에, OTFS 시스템의 고유 능력은, OTFS 파형들이 수신기로 하여금 실제 상황에서 적어도 주요 신호 왜곡 인자들의 채널 응답 파라미터들의 합리적으로 양호한 추정치를 획득하게 하는 충분한 정보를 포함하도록 구조화될 수 있다는 것이다.

일단 채널 응답 파라미터들이 얻어졌다면, 디컨벌루션 파라미터들을 획득하는 다음 단계(부출원 제13/430,690호에서 이전에 논의되었고 인용에 의해 본원에 재차 포함됨)는 왜곡된 (예컨대, 채널 응답 파라미터 컨벌루팅된) OTFS 신호들을 다시 원래의 OTFS 파형들의 적어도 근사한 버전으로 사실상 디컨벌루팅하거나 또는 이퀄라이징하는 인버스 오퍼레이터를 본질적으로 결정하는 것으로서 보여질 수 있다. 본질적으로, 채널 응답 파라미터들이 OTFS 파형들에 유해한 이블 트윈(evil twin)인 경우, 디컨벌루션 파라미터들은 유해성을 원상태로 돌려놓는 굿 트윈(good twin)이다. 수학적으로, 2는 동일한 동전의 양면들과 같다 - 하나는 다른 동전의 인버스이고, 하나를 알면 다른 것을 또한 추론할 수 있게 한다.

엔지니어링 측면에서, 신호 디컨벌루션은 흔히 "이퀄라이제이션"로 지칭되고, 이 이퀄라이제이션 기능을 수행하는 디바이스들(이들은 프로세서들에서 실행되는 하드웨어 또는 소프트웨어임)은 종종 이퀄라이저들로 지칭된다.

엄밀히 말해서 선택적 단계이지만, 일부 실시예들에서, 간단하고 흔히 알려진(예를 들어, 송신기 및 수신기 둘 모두에 알려진) 샤프 펄스(또는 디락 델타(Dirac delta) 함수 유사 펄스 δ)와 같은 캘리브레이션 입력 신호 또는 다른 정의된 심볼들 또는 심볼들의 세트를 이용하여 채널을 나타냄으로써 통신들 채널의 채널 응답 파라미터들의 결정을 돕는데 유용할 수 있다. 이 개시내용에서, 그러한 정의된 캘리브레이션 심볼들 및 신호들은 "파일럿 심볼" 및 "파일럿 신호들"로 지칭될 것이다.

채널 응답 파라미터들/ 디컨벌루션 파라미터들의 결정을 돕기 위한 파일럿 신호들

일부 실시예들에서, 시스템은 적어도 하나의 정의된 시간 및 주파수에서 적어도 하나의 무선 파일럿 심볼 파형 버스트의 형태로 적어도 하나의 파일럿 심볼을 (보통 OTFS 파형들을 이용하여) 송신하기 위해 (보통 적어도 하나의 송신기 기반 프로세서를 이용하여) 적어도 하나의 송신기를 이용할 것이다.

본 발명에 따르면, 파일럿 심볼들의 2개의 일반적인 타입들이 가능할 수 있다는 것을 주목한다. 본 발명의 일 형태 또는 실시예에서, 파일럿 심볼들은, OTFS 데이터 심볼들과 동일한 타이밍, 주파수 범위들, 및 일반 스펙트럼 타이밍에 따라 송신되었더라도, 파일럿 심볼들이 송신기에서, 모든 송신된 심볼들에 걸쳐, 그리고 복수의 시간 및 주파수 조합들에 걸쳐 스미어(smear)되거나 분산되는 일반적인 OTFS 데이터 심볼 요건들에 대해 그럼에도 불구하고 영향을 받지 않게 될 것이다. 이는 본원에서 전반적으로 논의된 실시예이다. 이러한 OTFS 파일럿 심볼들(또는 송신되는 경우 파형들)은, 대안적인 명명법에서, "OTFS 연관된 파일럿 심볼들"로 지칭될 수 있다.

그러나, 시스템이 데이터 심볼을 처리하는 것과 동일한 방식으로 파일럿 심볼들 중 적어도 일부가 시스템에 의해 처리되는 본 발명의 제 2 형태 또는 실시예가 또한 가능하다 -- 적어도 일부 파일럿 심볼들은 OTFS 데이터 심볼들과 동일한 방식으로 복수의 시간들 및 주파수들에 걸쳐 송신기에 의해 스미어링되거나 또는 분산된다. 실제로 이러한 OTFS 파일럿 심볼은 심지어, OTFS 데이터 심볼들에서 스미어링되거나 분산될 수 있다. 이 후자의 방법은 이 개시내용에서 덜 일반적으로 논의되었지만, 이 대안적인 접근법은 소정의 유틸리티를 구비하며, 따라서 본 발명의 일부 실시예들에서 또한 이용될 수 있다. 이 제 2 실시예에서, 대안적인 명명법에서, 파일럿 심볼들은 "OTFS 인코딩된 파일럿 심볼들" 또는 "OTFS 변조 파일럿 심볼"로 지칭될 수 있다.

그러나, 일반적으로 본원의 논의의 대부분은 "OTFS 연관 파일럿 심볼들"에 초점을 맞출 것이고, 다르게 지정되지 않는 한, 본원에 논의된 파일럿 심볼들 및 파형들은 일반적으로 OTFS 연관 파일럿 심볼들일 것이다.

이 방식에서, 적어도 하나의 무선 파일럿 심볼 파형 버스트(예를 들어, 110)의 직접(예를 들어, 112) 및 반사 버전들(예를 들어, 114b)은 적어도 하나의 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트(예를 들어, 110과 114b의 혼합)로서 적어도 하나의 무선 수신기(104)에 도달한다.

본원에서 N·M OTFS 데이터 프레임 내의 이러한 파일럿 심볼 파형 버스트들 중 하나의 실시예의 예(여기서는 6x10이 도시되어 있음)가 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 여기서 백색 원들은 제로 에너지를 갖는 OTFS 시간 및 주파수 빈들을 나타낼 수 있는 반면, 어두운 원들은 파일럿 심볼들을 갖는 OTFS 시간 및 주파수 빈들 또는 이들 OTFS 시간 및 주파수 빈들에서 송신되는 다른 OTFS 에너지 및 데이터를 나타낼 수 있다.

도 2(200)에서, 하나의 원래 파일럿 심볼 버스트(202)는 시간 제로에서 그리고 (일부 표준화된 베이스 주파수와 관련하여) 제로 OTFS 주파수 시프트 및 제로 도플러 시프트로 송신기(102)에 의해 송신된다. 앞에서 설명된 바와 같이, 이 원래 파일럿 심볼 버스트(110, 202)로부터의 에너지의 일부는 송신기(102)와 수신기(104) 사이의 거리에 의존하여 그 후의 시간 "t"에서 경로(112)를 통해 수신기(104)로 직접 이동할 수 있다. 그러나, 원래 파일럿 심볼 버스트(110, 202)로부터의 에너지의 일부는 또한 이동하는 리플렉터(106)로부터 반사될 수 있다. 이들 파형들은 수신기(114a+114b)에 도달하는데 더 먼 거리를 이동하기 때문에, 반사된 파형들은 그 후의 시각에 도달한다. 이 예에서, 리플렉터(106)는 또한 속도(108)를 가지고 이동하기 때문에, 반사된 파형들은 또한, 이들(208)이 수신기(104)에 도달하는 시간만큼 시프팅된 주파수이다. 따라서, 수신기(104)에 의해 검출된 바와 같은 결과적으로 발생된 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형들은 직접 파형들(112, 206) 및 추가 시간 지연 및 주파수 시프팅된 반사 파형들(114b, 208)의 조합으로서 표현된다.

그러나, 인근 OTFS 시간 및 주파수 빈들이 명확하게 유지되는 경우(즉, 제로 신호들 또는 알려진 기준 신호들이 송신되는 경우), 채널 응답 파라미터들 및 대응하는 디컨벌루션 파라미터들을 결정하는 수신기에 대한 계산 부담이 크게 감소(단순화)된다. 이는 예상되지 않은 신호 에너지를 가진 각각의 OTFS 시간-주파수 빈이 채널의 구조의 일부 양상의 결과인 것으로 수신기에 의해 가정될 수 있고, 수신기가 또한, 적어도 짧은 시간 기간 (가능하게는, 리플렉터(106)가 이동하고 있는 경우 제 2의 소부분만이) 동안, 모든 OTFS 시간 주파수 빈들 내 모든 신호들이 동일한 양으로 왜곡될 것이라고 가정할 수 있기 때문이다.

대조적으로, 송신기가, 도 2(210)의 경우와 같이 모든 OTFS 시간 및 주파수 빈들 상에서 알려지지 않은 OTFS 심볼만을 (수신기로) 송신하고 있는 경우, 수신기(예를 들어, 수신기 프로세서)에 대한 부담을 고려한다. 결과적으로, 수신기(104)는 또한, 마찬가지로 모든 OTFS 시간 및 주파수 빈들(212) 상에서 (디컨벌루팅되고 해결될 때까지) 추가로 알려지지 않은 채널 컨벌루팅된 OTFS 심볼들만을 수신할 것이다. 이는, 수신기 프로세서가 할 수 있는 단순 가정들의 수를 크게 감소시키고, 따라서 계산적인 부담이 그에 따라 더 커진다. 이는 여전히 실행가능할 수 있지만(사실 이전 특허 출원들, 이를 테면, 제13/430,690호에서 이를 수행하는 방법들에 대해 이미 논의 했음), 문제는 더 복잡해지고 에러의 가능성도 이에 따라 더 커진다.

따라서, 본 발명의 적어도 일부 실시예들에 따르면, 송신기는 (알려지거나 또는 제로 에너지 OTFS 파형 신호들을 지닌 인근의 또는 인접하는 OTFS 시간-주파수 빈들과 종종 함께) 알려진 파일럿 심볼들을 송신할 수 있다. 이 상황에서, 적어도 하나의 무선 수신기(104)는 이 적어도 하나의 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트(예를 들어, 직접 신호들(112) 및 반사된 신호들((114b)의 조합으로부터 다시 형성된, 206 및 208)을 수신하고, 적어도 하나의 프로세서(명목상 수신기 기반 프로세서)를 이용하여 이 적어도 하나의 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트를 디컨벌루팅할 수 있다.

그런다음, (일반적으로 수신기) 기반 프로세서는 적어도 하나의 무선 송신기(102)와 적어도 하나의 무선 수신기(104) 사이에 그리고 이를 둘러싸는(예를 들어, 연결하는) 다차원 데이터 채널(100)의 채널 응답 파라미터들을 자동으로 결정할 수 있다.

그런다음, 수신기는, 이들 채널 응답 파라미터들이 적어도 일부 시간 기간 (적어도 1초의 몇 분의 1) 동안 안정할 것이고, 이들 채널 응답 파라미터들을 이용하여 대응하는 디컨벌루션 파라미터들을 컴퓨팅하고, 따라서 실제로 이들 채널 응답 파라미터들(또는 대응하는 디컨벌루션 파라미터들)을 이용하여 이들 및 다른 수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 추가로 디컨벌루팅한다는 것을 가정할 수 있다.

따라서 도 3을 고려한다. 이 도면에서, N·M 매트릭스(300)의 일부(302)는 파일럿 심볼들 및 일부 주변의 명확한 OTFS 시간 및 주파수 빈들에 대해 송신기 및 수신기에 의해 예비되었고, 부분(304)(여기서, 정사각형 6x6 매트릭스)은 표준 OTFS 데이터 심볼들의 송신을 위해 예비되었다. 따라서, 송신기(102)는 정의된 OTFS 시간 및 주파수 빈에서 파일럿 신호(306)뿐만 아니라 복수의 상이한 시간 및 주파수 빈들(304)에서 정규 OTFS 데이터 심볼들의 6 × 6 매트릭스 둘 모두를 송신한다. 그런다음, OTFS 신호들(110)은 이전과 같이 경로들(112 및 114a 및 114b)을 따라 데이터 채널(100)을 통하여 전송되고, 따라서 이들 신호들(310)의 컨벌루팅된 형태가 수신기(104)에 의해 수신된다.

그러나, 여기서, 수신기(104)는 먼저, 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트(예를 들어, 직접 신호들(112) 및 반사된 신호들(114b)의 조합으로부터 다시 형성된 316 및 318)를 분석함으로써 파일럿 심볼 채널 컨벌루션 파라미터들을 해결할 수 있다. 프로세서는 적절한 디컨벌루션 파라미터들을 결정할 수 있고, 그런다음 이들을 수신된 OTFS 신호들(314)의 나머지에 적용할 수 있다.

에러 검출 방법들

일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 상이한 에러 수정 방법들을 구현하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 여기서, 예컨대, 송신된 OTFS 심볼들의 적어도 일부는 에러 검출 또는 에러 수정 및 수정 OTFS 심볼일 수 있다. 여기서, 다양한 에러 검출 방식들이 이용될 수 있는데, 이는, 매우 단순한 패리티 비트들일 수 있지만, 종종, 리던던시 및 에러 정정도 마찬가지로 적어도 어느 정도 가능한 더 복잡한 에러 검출 코드들일 것이다. 이들 방식들은 ECC(error-correcting code)를 갖는 FEC(forward error correction) 코드들, ARQ(automatic repeat request)를 갖는 역방향 에러 검출 방식들 등을 포함할 수 있다. 다양한 방식들, 이를 테면, 체크섬들, 해시 기능들, 사이클릭 리던던시 체크들뿐만아니라 하이브리드 에러 방식들, 이를 테면, 하이브리드 ARQ(예컨대, 다양한 ARQ 및 FEC 코드들의 조합들)가 또한 이용될 수 있다. 방법들, 이를 테면, 리드-솔로몬 코드들, 터보 코드들, LDPC(low-density parity check code) 및 다른 방식들도 또한 이용될 수 있다.

통상적으로 송신기(102)는, 그의 송신기 프로세서를 이용하여 송신될 데이터를 분석하고, 마찬가지로 포함된 다양한 에러 정정 OTFS 심볼을 갖는 OTFS 심볼들로서 데이터를 송신할 것이다. 수신기는 종종, 다양한 송신된 OTFS 심볼들 중 적어도 일부가 수신된 후, 적어도 하나의 수신기 프로세서를 종종 이용하여, 예를 들어, OTFS 심볼 송신 에러들이 미리결정된 최대 수용가능한 에러 레벨을 초과하는 시기를 검출하기 위해서, 에러 검출 또는 에러 수정 OTFS 심볼들을 이용할 것이다. 통상적으로, (예를 들어, 미리결정된 최대 수용가능한 에러 레벨을 초과하는) 이러한 고레벨의 에러들은, 채널 응답 파라미터들 (및 대응하는 디컨벌루션 파라미터들)이 최적상태에 못 미치게되었다(suboptimum)는 인디케이터로서 택하여질 수 있다.

예를 들어, 이동하는 리플렉터(106)가 그의 속도(108)로 인해 시간에 따라 포지션을 변경할 수 있었던 도 1을 고려한다. 시스템은 도 2 및 도 3에 도시된 방식들에 따라, 하나 또는 그 초과의 파일럿 심볼들(202, 306)을 (가능하다면 몇 초 또는 1초의 몇 분의 일만 더 일찍) 원래 송신할 수 있어, 더 이른 시점에 다차원 데이터 채널(100)의 (예컨대, 206, 208 또는 316, 318에 의해 결정된) 채널 응답 파라미터들을 적절하게 특징화할 수 있다. 그러나 이제, 가능하다면 몇 초 또는 1초의 몇 분의 일만 더 늦게, (예를들어, 206, 208 또는 316, 318에 의해 결정된 바와 같이) 이전 채널 응답 파라미터들이 더 이상 정확하지 않을 정도로 충분히 리플렉터(106)가 포지션 또는 속도를 변경했을 수 있다. 이것이 나타나게 될 제 1 방법들 중 하나는, 시스템의 에러 검출/에러 수정 방식이, 에러 검출 또는 에러 수정 OTFS 코드들의 에러들이 현재 미리 설정된 한계치를 초과하기 시작하고 있는 리포팅 에러들이라고 리포트하는 때이다.

수신기가 이 정보를 이용한 후, 채널 응답 파라미터들이 이제 최적상태에 못 미치게 되었음을 결정할 수 있다. 수정 동작의 다양한 타입들이 가능하다. 수신기(104) 그 자체는, 송신기(102)와 추가로 통신하지 않고, 채널 응답 파라미터들을 재계산하고 에러들의 양이 감소된 파라미터들의 대안적인 세트를 찾기 위해 자체적으로 시도할 수 있다. 대안으로 또는 추가적으로, 수신기(104)는 또한, 하나 또는 그 초과의 새로운 파일럿 심볼들을 송신(예를 들어, 도 2 및 도 3에 앞에서 도시된 프로세스를 리프레시)하도록 하는 요청을 송신기(102)에 송신할 수 있고, 그 요청은, 수신기로 하여금 리플렉터(106)의 현재 위치 및 속도에 대해 더욱 적절한 채널 응답 파라미터들(및 대응하는 디컨벌루션 파라미터들)의 새로운 세트를 다시 계산할 수 있게 할 것이다. 또 다른 방식으로서, 수신기(104)는 또한, 수신기의 에러 코드 결과들의 유무에 관계없이, 채널 응답 파라미터들의 그의 현재 세트를 송신기(102)로 송신할 수 있다. 결국, 송신기는 이후, 수신기가 검출하고 있는 것(예를 들어, 수신기 채널 응답 파라미터들 및 연관된 에러들)의 지식을 이용하여, 송신기 OTFS 변조 방식 또는 다른 변수들(예를 들어, 논의될 바와 같은 MIMO 안테나 구성, 버스트 특징들, 에러 코드들, 편광, 및 다른 방식들)을 또한 변경할 수 있다.

이 이후의 경우에서, 리플렉터(106)의 특정 위치 또는 속도로 인해, 소정의 OTFS 시간 지연들 또는 주파수 시프트들, 또는 시간 지연들 또는 주파수 시프트들의 조합들이 비통상적으로 양호하거나 또는 비통상적으로 불량한 것으로 밝혀졌다고 가정한다. 송신기는 수신기 송신 채널 응답 파라미터 및 대응하는 에러 코드를 이용하여 OTFS 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 다양한 조합들을 선택하여 다양한 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 문제 있는 조합들을 방지하거나, 또는 대안으로 다양한 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 양호한 (예를 들어, 간섭이 감소된) 조합들을 비통상적으로 촉진할 수 있다.

어느 경우 든, 이들 실시예들 중 적어도 일부에서, 에러 코드들은, 채널 응답 파라미터들이 최적상태에 못 미치게 되었다는 것을 수신기 또는 송신기, 또는 송신기 및 수신기 둘 모두에게 자동으로 통지하고 다양한 타입들의 수정 동작, 이를 테면, 상술된 동작들을 개시하기 이용될 수 있다.

대안으로 및/또는 추가적으로, 에러 검출 또는 에러 정정 코드들은 또한, 에러 검출 또는 에러 수정 OTFS 심볼들을 이용하여 다른 OTFS 심볼들의 에러들을 자동으로 수정하기 위해 수신기에 의해 (통상적으로 적어도 하나의 수신기 프로세서를 이용하여) 이용될 수 있다.

상이한 OTFS 버스트 타입들 및 데이터 프레임 타입들의 인터리빙

OTFS 시스템은 부분적으로, 데이터 채널의 구조를 더욱 양호하게 특징화하고 그리고 추정 채널 응답 파라미터들 및 대응하는 디컨벌루션 파라미터들을 더욱 양호하게 추정하기 위해서 OTFS 파형들의 버스트들을 이용하는 에코 위치의 수정된 형태에 의해 동작한다. 여기서, 다양한 OTFS 무선 파형 버스트들의 시간 길이의 양상들 중 일부뿐만 아니라 OTFS 심볼들이 후속 송신을 위해 다양한 데이터 프레임들 안으로 패키징될 수 있는 다양한 방식들을 더욱 상세히 설명할 것이다.

일반적인 규칙으로서, 종종 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들이 변하고 (종종 송신기의 프로세서에 의해 자동적으로, 때때로 수신기로부터 획득된 정보를 이용하여) 시스템에 의해 선택될 수 있다. OTFS 파형 버스트들이 선택될 수 있는 방식들 중 일부는 시스템의 원하는 시간 레이턴시(예를 들어, 시스템이 송신기와 수신기 사이에서 유용한 데이터를 얼마나 신속하게 송신할 수 있는지), OTFS 파형들로 할당된 대역폭(여기서, 규제 고려사항들, 이를 테면, FCC(Communications Commission)와 같은 정부 기관들에 의해 허용된 대역폭이 매우 관련이 있을 수 있음)을 포함할 수 있다. 앞에서 설명된 바와 같이, OTFS 파형들은 또한 관측되거나 또는 예상되는 채널 응답 파라미터들에 따라 변화될 수 있다.

반드시 "하나의 사이즈가 모든 것에 맞는" 기준이 여기에 존재할 필요는 없고, 동일한 송신기(102)와 동일한 수신기(104) 사이의 통신 세션 내에서 조차도, 일부 OTFS 심볼들이 제 1 세트의 선택 기준에 따라 송신될 수 있고, 다른 OTFS 심볼들이 상이한 세트의 선택 기준에 따라 송신될 수 있다.

예를 들어, 일부 실시예들에서, 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들은, 다양한 팩터들, 이를 테면, 상기 통신 채널에서 리플렉터들의 원하는 송신 레이턴시 시간 및/또는 공간 분포에 따라 변할 수 있는 버스트 시간 지속기간들(βt)을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 레이턴시가 문제되지 않고, 통신들 채널에 상대적으로 적은 수의 리플렉터들(106)이 있는 경우, 시간 길이(βt)를 갖는 중간의(in-between) 각각의 버스트는 일반적으로 약간 조용한 시간(δt)(데이터가 거의 송신되지 않거나 전혀 송신되지 않음)일 것이기 때문에 더 긴 버스트 시간 지속기간들을 선택하는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 더 긴 버스트들을 선택하는 것을 조용한 시간(δt)을 최소화하도록 도울 수 있다. 대안으로, 데이터 채널에 많은 리플렉터들(106)이 있거나 더 낮은 레이턴시가 바람직한 경우, 초당 비트 단위의 전체 데이터 송신 레이트는 더 낮을 수 있지만, 채널 응답 파라미터들을 더욱 양호하게 특징으로 하도록 시스템에 도움이 되기 위해서는 짧은 버스트 시간들(βt)을 이용하는 것이 더욱 중요할 수 있다.

유사하게, 버스트들의 주파수 대역폭(예를 들어, 버스트 주파수 대역폭)(δf)이 또한 변할 수 있다. 정부 규제들 및 상업적 고려사항들에 따라 이를 변경하는 것 외에도, 버스트 주파수 대역폭은 또한, 팩터들, 이를 테면, 통신 채널 내의 다양한 수신기들, 송신기들, 및 리플렉터들의 속도들 및 위치들의 예상되거나 또는 관측되는 분포에 따라 시스템에 의해 (종종 자동으로) 변할 수 있다.

각각의 OTFS 버스트는 복수의 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 OTFS 파형들로 구성될 것이라는 점을 명심한다. OTFS 신호 버스트 (및 따라서 주파수 대역폭(δf)) 내의 주파수 시프팅된 파형들의 범위의 증가는, 송신기들, 수신기들, 및 리플렉터들의 속도들을 더 넓은 범위로 검출하고 이에 응답하여 시스템의 능력을 개선할 것이다. 지상에서만 이용하도록 최적화된 매우 제한된 OTFS 시스템은, 예를 들어, 시간당 약 0 내지 +/-100 마일로 속도에 의해 발생된 도플러 시프트들을 수용하도록 설계된 주파수 시프트들의 범위만 이용할 수 있다. 시간당 +/- 600+ 속도로 이동하는 (송신기들, 수신기들 또는 리플렉터들 중 어느 하나로서 동작하는) 고속 비행 비행기들에 의해 발생된 도플러 시프트들을 무시하기 위해 신중하게 설계되었을 수 있다.

유사하게, 농촌지역 이용에 최적화된 OTFS 시스템은 송신기들, 수신기들 및 리플렉터들(예컨대, 10 마일, 20 마일, 30 마일 또는 그 이상) 간에 훨씬 더 먼거리 및 (대응하는 시간 지연들에 부과되는 광속의 대응하는 범위)를 수용하도록 설계될 수 있다. 여기서, 리플렉터들의 밀도가 낮고, 수반되는 (빛의 속도로 인한) 시간 시프트들은 더 높아질 것이다. 이 상황을 최적화하기 위한 한 가지 방법은 (이 데이터 채널 구조와 관련된 장거리로 인해 필요로 되는) 더 긴 범위의 시간에 걸쳐 확산되는 더 적은 수의 주파수 시프트들을 이용하거나, 또는 멀리 떨어져 있는 수신기들, 송신기들 및 리플렉터들로부터의 지연된 신호들 및 에코들이 적절히 검출되고 분석될 수 있도록 버스트들 사이에 더 긴 시간 인터벌들을 활용하는 것일 수 있다.

대조적으로, 도심지역 이용에 최적화된 OTFS 시스템은 고밀도의 리플렉터들(예를 들어, 도시 블록 당 건물들이 많음)을 수용하고 송신기와 수신기들(예컨대, 1, 2, 3 마일)과 리플렉터 사이의 신호 경로 길이들을 낮추도록 설계될 수 있다. 여기서, 버스트들은 많은 수의 더 짧은 시간 시프트들(이는 시스템에, 밀접하게 이격된 리플렉터들 간을 구분하는 더 큰 능력을 제공할 수 있음)을 이용할 수 있지만, 먼 거리의 동작들에 대한 필요성이 더 적기 때문에 버스트들 간의 분리 시간이 더 짧아질 수 있다.

또한, 버스트 당 송신되는 OTFS 데이터 심볼들의 수는 또한 시스템에 의해 변할 수 있다. 송신된 OTFS 심볼들의 수는, 예컨대 βt 및/또는 δf에 따라 변할 수 있다. 여기서 다시, βT 및/또는 δf 버스트 특징들은, 채널 응답 파라미터들, 원하는 송신 레이턴시 시간, 및 버스트 단위로 송신될 원하는 수의 OTFS 데이터 심볼들을 비롯한 다양한 고려사항들에 따라서 (종종, 적어도 하나의 프로세서 및 적절한 소프트웨어를 이용하여 재차 자동으로) 시스템에 의해 선택될 수 있다.

MIMO (Multiple-input and Multiple-output) 안테나 방식들

MIMO(예를 들어, 다양한 MIMO(Multiple-input and Multiple-output) 안테나 방식들)는 무선 통신들 방법들을 위해, 종종 수년 동안 다양한 빔 포밍 목적들로 이용되었다. 기본 개념은, 공간적으로 분리된 송신 안테나들, 수신 안테나들, 또는 둘 모두의 어레이들을 이용하여 무선 신호들을 바람직한 방향으로 지향시키는 (예컨대, 더 많은 무선 에너지를 수신기 또는 송신기의 방향으로 집중시키는) 것이다.

일부 종래 기술의 방법들은 또한 수신기와 송신기 간의 그리고 이를 둘러싸는 (예를 들어, 연결하는) 채널 상태 정보의 지식의 일부 종류에 의존한다. 여기서, 예를 들어, 수신기가 (임의의 방법에 의해) 소정의 방향에 위치되는 것으로 알려진 경우, 송신기는 수신기의 방향으로 그의 빔을 형성하도록 프리코딩될 수 있다.

이전에 논의된 OTFS 개념들은 일반적으로 다양한 MIMO 안테나 구성들 및 방식들 둘 모두와 고도의 호환성을 가지며, 실제로 MIMO와 결합되어 이용될 수 있는 경우 종래 기술 무선 통신 변조 방식들 및 MIMO 방식만을 이용하여 이전에 가능했던 것보다 더 높은 수준들의 성능을 달성한다.

앞에서 설명된 바와 같이, OTFS 방법들은, 데이터 채널의 기본 구조 및 채널 응답 파라미터들에 대한 그의 대응하는 영향이 종종 시간의 함수로서 매우 정확하게 결정되게 할 수 있고; 이러한 채널 응답 파라미터 데이터는 MIMO 방법들과 결합되어 시스템의 능력들을 크게 향상시킬 수 있다.

OTFS 무선 파형들의 공간 분포를 정형하기 위한 MIMO의 이용

도 4는 도 1(100)에서 앞에서 도시된 추상적 다차원 데이터 채널 모델(400)의 보다 복잡한 버전을 도시한다. 여기서, 송신기(102m)는 이제, 복수의 OTFS 심볼들을 복수의 OTFS 파형들로서 송신하는 4개의 공간 분리식 안테나들을 지닌 MIMO 송신기이며, 파형들(110a, 110b, 110c, 110d)의 일 세트는 각각의 안테나(110a, 110b, 110c, 110d)로부터 비롯된다. 여기서, OTFS MIMO 송신기는 수신기(104)의 방향으로 무선 OTFS 파형들을 우선적으로 지향시키는 빔(402a)을 형성하도록 페이즈식(phased) 어레인지먼트에서 4개 세트의 파형들을 투과시키도록 구성되었다. 속도(108)를 가지고 이동하는 무선 리플렉터(106)는 도 1과 같이, 직접 경로들(112a) 및 하나 또는 그 초과의 반사 경로들(114a, 114b)과 마찬가지로 유지된다.

그러나, 도 1과 달리, 제 2 리플렉터(리플렉터 2)(406a)는 MIMO 송신기와 수신기(104) 사이의 직접 경로(112a)를 궁극적으로 차단하는 (그러나 아직 차단하지 않음) 방향(408)으로 이동하고 있음을 가정하거나; 또는 대안으로 MIMO 송신기((102m) 또는 수신기(104)가 리플렉터 2(406a)의 방향으로 이동하고 있으므로, 다시, 리플렉터 2가 직접 경로(112a)를 궁극적으로 차단한다(그러나 아직 차단하지 않음)는 것을 가정한다.

도 4에서, OTFS 시스템이 도 2 및 도 3에서 앞서 논의된 방법들에 따라 파일럿 신호들을 이용했다면, 리플렉터 2가 여전히 시스템에 어떠한 실질적인 영향을 미치기에는 너무 멀다고 가정하면, 수신기(104)에 의해 검출된 바와 같은 결과적으로 발생된 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형들이 또한, 도 2 및 도 3에서와 같이, 직접 파형들(112a, 416) 및 시간 지연된 그리고 주파수 시프팅된 반사 파형들(114b, 418)의 조합으로서 나타내어질 수 있다. 여기서, 아마도 MIMO 빔 형성으로 인해, (418)의 강도는 도 1 및 도 3보다 조금 더 낮을 수 있지만, 그 밖의 상황은 도 1 및 도 2 및 도 3에 앞에서 나타내어진 것과 비슷하다.

그런다음, 이 구성에서, 적어도 하나의 무선 송신기(여기서 102m) 및/또는 무선 수신기(104 또는 도 6의 104m)는 일반적으로 무선 송신기 또는 무선 수신기의 위치 상의 또는 그 근처의 상이한 위치들에 포지셔닝되는 다수의 안테나들을 구비한다. 여기서, 이들 다수의 안테나들이 이들의 각각의 무선 송신기 또는 무선 수신기(들)와 동일한 속도를 공유한다고 가정한다.

표준 MIMO 기능성 외에도, 시스템은, 예를 들어, 신규한 MIMO 기능들을 수행할 이러한 다수의 안테나들을 이용함으로써, 향상된 OTFS MIMO 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 다차원 데이터 채널(400)의 채널 응답 파라미터들을 결정하는 앞에 설명된 방법들(예를 들어, 파일럿 심볼 버스트들 등)을 이용할 수 있다. 예를 들어, 수신기(104)는 (예컨대, 416, 418로부터 획득된) 그의 관측된 채널 응답 파라미터들을 송신기(102m)로 다시 송신할 수 있고 송신기(102m)는 이들을 이용하여 그의 MIMO 안테나들(110a-110d)을 추가로 지향시켜 MIMO 정형된 빔(402a)에 따라서 더 많은 무선 에너지를 직접 경로(112a)를 따라 전송할 수 있다. 대안적으로, 수신기(104)가 MIMO 수신기인 경우, 수신기는 또한, 직접 경로(112a)의 방향을 따라 더 높은 민감도를 갖도록 그의 다수의 안테나들을 이용할 수 있다.

어느 한 경우, OTFS MIMO 시스템은, 적어도 송신된 또는 수신된 무선 파형 버스트들의 공간 분포를 정형하기 위해 채널 응답 파라미터들을 이용할 수 있다.

MIMO를 향상시키기 위해 (그리고 MIMO와 잘 시너지를 내기 위해) OTFS 기술들이 이용될 수 있는지를 방법을 실제로 이해하기 위해서, 이제 OTFS MIMO 시스템이 도 5에 도시된 상이한 상황에서 어떻게 동작할 수 있는지를 고려한다.

도 5에서, 이제 제 2 리플렉터(현재 406b으로 지칭함)가 이동하여 MIMO 송신기(102m)와 수신기(104) 사이의 직접 경로(112a)를 차단하거나, 또는 대안으로 MIMO 송신기(102m) 또는 수신기(104)가 이동하여, 리플렉터(406b)가 이제 송신기(102m)와 수신기(104) 사이의 직접 경로(112a)를 차단하고 있다. 오픈된 상태로 남아 있는 유일한 경로, 또는 적어도 메인 경로는, MIMO 송신기(104m)로부터의 신호들이 이제 리플렉터 1(106)로부터 반사되는 경로(114a, 114b)이고, 이는 둘 모두 리플렉터 1의 속도(108)로 인해 시간 지연되고, 도플러 주파수 시프팅되었다.

도 2 및 도 3에 대해 앞서 설명된 바와 같이, 다차원 데이터 채널(400)의 구조에서의 이러한 변화들은 OTFS 방법들을 이용하여 매우 지능적으로 분석될 수 있다는 것을 주목한다. 예를 들어, OTFS 파일럿 심볼 버스트 기술들은, 에너지가 현재, 앞서 직접 경로(112, 112a)에 대응했던 OTFS 시간 시프트 및 주파수 시프트 빈(316)에서 거의 수신되지 않는다는 것을 나타낼 것이며; 그러나, 시간 지연된 그리고 주파수 시프팅된 반사된 파형들(114b, 318)에 따라 수신되는 비교적 강한 OTFS 신호들이 여전히 존재한다. 이러한 방법들의 민감도는, 특정 경로 상에서의 신호의 전체 손실보다 훨씬 앞서 문제들을 검출하기 위해서 다양한 에러 코드들 및 에러 검출 임계치들을 이용함으로써 추가로 개선될 수 있다.

여기서, OTFS 시스템은 다양한 방식들로 이러한 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형들로부터의 정보를 이용할 수 있다. 일 실시예에서, 수신기(104)는 MIMO 송신기(104m)에 (예를 들어, 316, 318에 의해 결정된 바와 같은) 그의 관측된 채널 응답 파라미터들을 재차 송신할 수 있고, 그런다음, (종종 송신기 프로세서를 이용하여 채널 응답 파라미터들의 적절한 분석 후) MIMO 송신기(104m)가, 빔(402b)의 방향이 시프팅되도록 MIMO 안테나들(110a, 110b, 110c, 110d) 및 OFTS 파형들을 지향시켜 이제 리플렉터(106)로부터의 반사와 간접 경로(114a, 114b)의 이용에 유리해질 수 있다.

대안으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 수신기(104m)가 다수의 안테나들의 그 자신의 세트를 갖는 MIMO 수신기이면, 수신기(104m)(보통 적어도 하나의 수신기 프로세서에 의해 제어됨)는 채널 응답 파라미터들을 자체적으로 직접적으로 분석하고, 그 자신의 수신기 MIMO 안테나(600)가 리플렉터 1(106) 및 간접 경로(114b)를 향하는 방향으로 선호 민감도(602)를 갖도록 구성할 수 있다. 물론, 수신기와 송신기 둘 모두가 MIMO 안테나들을 갖고, 둘 모두가 MIMO 방법들을 이용하여 무선 송신의 최적 빔들과 무선 수신의 최적 방향들을 형성하는 경우에도 더 좋은 결과들이 획득될 수 있다.

기술들, 채널 응답 파라미터 기술들, 파일럿 신호들 등을 검출하는 에러의 다양한 조합들에 의해 검출되는 바와 같이, 간섭 리플렉터 2(406b)가 포지션로부터 벗어나 이동하고(이는 단지 수 초 이후이거나 훨씬 더 빨라질 수 있음), 그런다음 시스템은 도 4에 도시된 앞의 구성 또는 가장 적절한 다른 구성으로 그 자신을 다시 동적으로 재구성할 수 있다. 실제로, 채널 응답 파라미터들의 변화들에 대한 응답으로 초 당 여러 번, 자체적으로 지속적으로 재구성함으로써, OTFS 시스템은, 신호 페이딩을 방지하고, 불리하고 지속적으로 변화하는 채널 구조들의 광범위한 범위에 걸쳐 고품질의 신호 취득을 보장하기 위해서 적극적인 단계들을 택할 수 있다. 동시에, 시스템이 채널 응답 파라미터들 및 다차원 데이터 챌린지의 구조에 대한 연속적인 고품질의 지식을 갖기 때문에, 덜 만족스러운 선행 기술 통계 방법들을 이용할 필요가 감소되거나 제거될 수 있다.

상이한 MIMO 안테나들과는 상이한 스트림들

일부 실시예들에서, 추가적으로 또는 대안적으로, 빔 정형 애플리케이션들에 대해 MIMO를 이용하려면, OTFS 시스템의 상이한 MIMO 안테나들 중 적어도 일부가 종종 동시 기반으로, 상이한 OTFS 파형 버스트들을 송신 및/또는 수신하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 방법들은, 주어진 시간 기간에 걸쳐 더 많은 데이터를 전송하기 위해서 OTFS 시스템의 능력들을 전송하는데 이용될 수 있다.

이 접근법의 일 자연적인 애플리케이션은, 예를 들어, 다수의 OTFS 장착 셀룰러 전화들과 통신하는 OTFS 셀룰러 폰 타워(예를 들어, 셀 사이트, 셀 타워, 베이스 트랜시버 스테이션, 기지국, 기지국 사이트 등)일 수 있다. 이 특정 예에서, 셀룰러 폰 타워는 다수의 안테나들을 가질 수 있지만, OTFS 장착 셀 폰들(예를 들어, 핸드헬드 셀 폰들) 중 적어도 일부는 단 하나의 안테나만을 구비할 수 있는 반면, 다른 OTFS 장착 셀 폰들(예를 들어, 차량에 장착된 셀 폰들)은 또한 그들 자신의 다중 안테나들을 갖는 MIMO 디바이스들일 수 있다.

이 실시예에서, 일반적으로 무선 송신기 및/또는 무선 수신기는 다수의 안테나들(따라서, MIMO 지정)을 가질 것이다. 이러한 다양한 다수의 MIMO 안테나들 중 적어도 일부는 무선 송신기 및/또는 수신기 상에서 또는 그 부근에서 상이한 위치들에 포지셔닝될 것이다. 이러한 다수의 MIMO 안테나들이 이들의 각각의 연관된 무선 송신기 또는 무선 수신기의 동일한 속도를 가질 것이다.

(송신기 또는 수신기의) 이러한 다수의 안테나들은 적어도 안테나들의 제 1 서브세트 및 안테나들의 제 2 서브세트로 추가로 분할될 수 있다. 여기서, 시스템은 다수의 안테나들의 제 1 서브세트가 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 1 세트를 송신하거나 수신하고, 안테나들의 제 2 서브세트가 OTFS 파형 버스트들의 제 2 세트를 (종종 동시에) 송신하거나 수신할 수 있도록 구성된다. 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 1 세트는 통상적으로 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 2 세트와는 상이할 것이다.

이 후자의 접근법은 여전히 앞서 논의된 MIMO 빔 정형 접근법들과 호환성이 있을 수 있다는 것을 주목한다. 예를 들어, 8개의 안테나들이 2개의 상이한 원격 OTFS 셀룰러 폰들과 통신하는 OTFS 셀룰러 폰 타워를 고려한다. 예를 들어, OTFS 셀룰러 폰 타워는 MIMO 빔 정형 기술들을 이용하여, 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 1 세트를 이용하는 제 1 OTFS 셀룰러 폰과 통신하기 위해 그의 안테나들 중 4개를 한번에 파티셔닝하는 한편, MIMO 빔 정형 기술들을 이용하여, 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 2 세트를 이용하는 제 2 OTFS 셀룰러 폰과 동시에 통신하기 위해 4개의 안테나들의 상이한 세트를 동시에 파티셔닝할 수 있다. 동일한 셀룰러 폰 타워는 아마도 수 초 후에 그의 MIMO 안테나들을 동적으로 재구성하여 하나의 MIMO 안테나를 각각의 상이한 OTFS 셀룰러 폰에 할당함으로써 8개의 상이한 OTFS 셀룰러 폰들에 동시적으로 발화하는 식일 수 있다.

본 출원에서도 마찬가지로, MIMO OTFS 송신기들 및/또는 MIMO OTFS 수신기들에 의해 채널 응답 파라미터들, 에러 검출 및 정정 등을 결정하는 다양한 OTFS 개념들이 추가로 이용되어, 즉시 특정 상황을 처리하기 위한 최적의 조합들을 제시하기 위해서 MIMO 안테나들의 할당, OTFS 시간 시프트들, OTFS 주파수 시프트들, OTFS 버스트 길이, OTFS 버스트 대역폭 등의 할당을 지능적으로 최적화할 수 있다.

MIMO 풀 듀플렉스 동작

본원에 개시된 OTFS 개념들은 단방향 통신들(한 방향 만), 하프-듀플렉스 통신들(예를 들어, 양방향들에서의 통신들, 그러나 한 번에 한 방향 만), 및 풀-듀플렉스 통신들(예를 들어, 동시에 양 방향들로 통신)을 위해 이용될 수 있다. 여기서, 우리는 몇 가지 풀-듀플렉스 실시예들을 더욱 상세하게 논의할 것이다.

일 풀-듀플렉스 동작 실시예에서, 무선 송신기들 및 무선 수신기들 중 적어도 하나의 세트가 제 1 풀 듀플렉스 디바이스에서 구성되고, 무선 송신기들 및 무선 수신기들 중 적어도 하나의 세트가 제 2 풀 듀플렉스 디바이스에서 구성된다.

여기서, 적어도 제 1 듀플렉스 디바이스(예를 들어, 셀룰러 폰 타워)는 제 1 풀 듀플렉스 디바이스 상의 또는 근처의 상이한 위치들에 포지셔닝된 다수의 안테나들을 갖는 MIMO 디바이스이다(예를 들어, 셀룰러 폰 타워는 다수의 안테나들을 구비할 수 있다). 이러한 다수의 MIMO 안테나들은 종종, 이 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 동일한 속도를 공유할 것이다(예를 들어, 셀룰러 폰 타워가 고정인 경우, 통상적으로 MIMO 안테나들이 고정이다).

그러나, 대안적인 실시예들에서, MIMO 안테나들이 그들 자신의 움직임을 가질 수 있는 다른 MIMO 안테나 구성들, 이를 테면, 회전 안테나들 등이 또한 고려된다는 것을 주목한다. 본 논의에서, 그러나, 우리는 "고정 상태로 있는" 실시예들(예컨대, 안테나들의 연관된 송신기/수신기와 동일한 속도를 공유하는 MIMO 안테나들)에 초점을 맞출 것이다.

여기서, 제 1 듀플렉스 디바이스의 무선 송신기(들) 및 무선 수신기(들)는 각각, 제 1 듀플렉스 디바이스들 MIMO 디바이스들(다수의 안테나들) 중 적어도 일부에 결합된다. 제 1 풀 듀플렉스 디바이스는 추가로, (보통 적절한 소프트웨어를 이용한 프로세서 제어 하에서) 다수의 (MIMO) 안테나들과 무선 송신기(들)와 무선 수신기(들) 간의 결합을 자동으로 제어하여, 디바이스의 자체의 무선 송신기(들)와 무선 수신기(들) 간의 간섭을 완화시키도록 구성될 것이다.

이는, 종종 제 1 디바이스의 송신기(들)와 수신기(들)가 제 2 풀 듀플렉스 디바이스로부터의 송신과 제 2 풀 듀플렉스 디바이스로의 수신을 동시에 할 것이기 때문에 중요하다. 따라서, 제 1 디바이스의 송신기(들)의 제 1 디바이스의 수신기(들)에 대한 간섭(예컨대, 크로스-토크를 가짐)은 바람직하지 않다. 그러나, 이러한 "크로스-토크"가 바람직하지는 않지만, 예를 들어, "크로스-토크"를 최소화하기 위해 제 1 풀 듀플렉스 디바이스 수신기(들)의 감소를 낮춤으로써 크로스-토크를 완화시키는 간단한 방법들은 또한, 제 2 풀 듀플렉스 디바이스 송신기(들)와 같은 외부 송신기들로부터 신호들을 픽업하기 위해 제 1 풀 듀플렉스 디바이스 수신기(들)의 민감도를 또한 떨어뜨리는 바람직하지 못한 효과를 가지게 될 것이다.

따라서, 문제는, 제 2 풀 듀플렉스 디바이스의 송신기(들)로부터 송신들을 수신하는 동안 제 1 디바이스의 수신기(들)의 민감도를 동시에 또한 최적화하면서, 크로스-토크를 최소화하는 것이다. 발명에 따르면, 이러한 문제들은 다음을 포함하는 다양한 방법들에 의해 해결될 수 있다.

제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 다수의 (MIMO) 안테나들의 위치들의 분포를 배열시킴으로써 송신 안테나 및 수신 안테나 간의 결합을 제어하는 것을 포함한다. 예를 들어, 이는, 수신 안테나를 송신 안테나들로부터 더 멀리 떨어지게 포지셔닝시키고, 송신 안테나들을 다른 MIMO 안테나들 또는 그 사이의 다른 구조체들과 함께 산재시키며, 그리고 송신 안테나들 및 수신 안테나들을 둘러싸는(연결하는) 것에 의해 수행될 수 있다.

선택적으로 또는 추가적으로, 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 다수의 (MIMO) 안테나들과 제 1 풀 듀플렉스 디바이스들 무선 송신기(들) 또는 수신기(들) 중 적어도 하나 간의 RF(radio frequency) 또는 전기적 결합을 제어함으로써 (전기 컴포넌트들을 동적으로 재구성하거나, 또는 계속적으로 동작시킴으로써) 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 결합을 제어한다.

또는 제 3 대안으로, 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 다수의 MIMO 안테나들로 그리고 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 다수의 MIMO 안테나들로부터 RF 신호들을 교대로 또는 추가적으로 증폭 및 디지털화하고, 적어도 하나의 프로세서(예를 들어, 디지털 신호 프로세서)를 이용하여 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 간섭/크로스-토크를 디지털식으로 완화하는 것이다.

여기서, 송신기가 풀 듀플렉스 디바이스에서 송신할 경우, 송신기와 수신기 사이에 잠재적인 직접 경로가 존재할 뿐만 아니라, 다양한 간접 경로들, 이를 테면, 인근 구조들로부터의 에코 반사들이 존재하며, 이 또한 간섭/크로스-토크에 기여할 수 있다. 여기서, 본 발명의 OTFS 방법들은 또한 이러한 다양한 에코 반사들의 스테이터스를 모니터링하는데 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일부 풀 듀플렉스 실시예들에 따르면, OTFS 방법으로부터 유도된 채널 응답 파라미터들 및 이퀄라이제이션 방법들은 송신 안테나와 수신 안테나 간의 간섭/크로스-토크를 디지털식으로 완화하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 이 디지털 완화는 송신기로부터의 간섭/크로스-토크에 의해 야기되는 왜곡들에 대해 수신 신호를 수정하도록 구성된 이퀄라이저를 구성하기 위해 OTFS 방법으로부터 유도된 채널 응답 파라미터들을 이용함으로써 수행될 수 있다.

대안으로 또는 추가적으로, OTFS 방법들에 의해 획득된 채널 응답 파라미터 정보가 OTFS 송신기에 의해 이용될 수 있으며 크로스-토크를 야기하는 더욱 고질적인 에코 반사들의 적어도 일부를 완화시키도록 돕는다. 여기서, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 간섭/크로스-토크의 디지털 완화는 OTFS로부터 유도된 채널 응답 파라미터들을 이용함으로써 수행되어, 에코 반사들을 유발하는 더욱 고질직인, 간섭/크로스-토크 중 적어도 일부를 완화하는 방식으로 OTFS 송신기 송신들을 "프리코드"할 수 있다.

따라서, 이 이후의 실시예에서, 무선 송신기들 및 무선 수신기들 중 적어도 하나가 제 1 풀 듀플렉스 디바이스로서 구성될 것이고, 무선 송신기들 및 무선 수신기들 중 적어도 하나가 제 2 풀 듀플렉스 디바이스로서 구성될 것이다. 이들 디바이스들 중 적어도 하나, 이를 테면, 적어도 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 경우, 이 디바이스는 또한 (상기 논의된 다른 기술들 이외에) 결합(크로스-토크)를 추가로 제어하고 그 자신의 무선 송신기(들)와 무선 수신기(들) 간의 간섭을 완화하도록 돕는 OTFS 방법들을 이용할 수 있다. 동시에, 이 제 1 디바이스는 여전히, 제 2 풀 듀플렉스 디바이스로 송신하면서, 제 2 디바이스의 송신기로부터의 신호들에 대해 제 1 디바이스의 수신기 민감도를 유지할 수 있다. 여기서, 앞에서와 같이, 사상은, 제 1 디바이스와 제 2 디바이스 사이의 채널 응답 파라미터를 획득하는 것 이외에 또는 이에 대신하여, "셀프-채널 응답 파라미터들"을 획득하는 OTFS 방법들을 또한 이용함으로써 이러한 결합(크로스-토크)을 제어하는 것이다. 이러한 "셀프-채널 응답 파라미터들"은 제 1 디바이스의 무선 송신기(들)와 제 1 디바이스의 자신의 무선 수신기들 사이에서 이동하는 OTFS 파형 버스트들의 채널 응답 파라미터들이다. 일단 이것이 획득되면, 예를 들어, 제 1 디바이스는 본질적으로 "셀프- 이퀄라이제이션(self-equalization)"또는 "셀프-프리코딩(self-precoding)"을 수행하고, 그의 적어도 하나의 프로세서 및 셀프-채널 응답 파라미터들을 이용하여 이 결합(크로스-토크, 간섭)을 디지털식으로 완화시킬 수 있다.

개선된 채널 응답 파라미터 결정을 위한 편광된 OTFS 파형들의 이용

본 OTFS 통신 목적들을 위해 이용되는 무선(예를 들어, 라디오) 파들을 포함하는 모든 전자기 파들은 어느 정도 편광되지만, 종종 편광의 다양한 방향들이 비 간섭성이므로, 무선 파들의 순 편광은 최소일 수 있다.

그러나, 편광의 흥미롭고 유용한 일 양상은, 편광된 전자기 파들(무선 신호들)이 다양한 표면들로부터 반사될 경우, 반사된 무선 신호의 편광이 반사 표면의 특성들, 및 다른 인자들, 이를 테면, 지오메트리 상황(예를 들어, 다양한 입사각 및 반사각)에 의존하여 인입하는 무선 신호의 편광과는 상이할 수 있다.

본원에 개시된 OTFS 기술의 경우, 상이한 반사 물질들 및 반사의 상이한 지오메트리들에 의해 편광이 변경될 수 있다는 사실은 추가로, 다차원 데이터 채널의 구조에 관해 훨씬 더 많은 정보를 제공하고, 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들에 관해 훨씬 더 많은 정보를 제공하도록 활용될 수 있다.

이 편광 향상된 실시예에서, OTFS 송신기(들)(예를 들어, 102)는 적어도 하나의 편광 방향에 따라, 편광된 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들을 송신한다. 그러나, 여기서, 다양한 무선 리플렉터들(예를 들어, 106) 중 적어도 일부는 또한, 다양한 시간 지연의 편광 및 도플러 주파수 시프트 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들을 변경하는 편광 변경 무선 리플렉터들인 것으로 가정한다. 보통 이 편광 변경은 제 1 리플렉터 편광 오퍼레이터를 따르게 될 것이다. 이 편파 변경은 또한 송신기, 수신기 및 가능하게는 다른 리플렉터들의 상대적인 각도에 민감하기 때문에, 일부 실시예들에서, 이 오퍼레이터는 편광 텐서(tensor)일 수 있지만, 단순히 그리고 일반적으로, 우리는 이 제 1 리플렉터 편광 오퍼레이터를 지칭할 것이다.

이 편광 향상 실시예에서, OTFS 수신기(들)(예컨대, 104)는 추가로, 수신된 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들에서 다양한 편광 방향들을 검출하도록 구성될 수 있다. 이 편광은 수신된 버스트 전체에 걸쳐 균일하지 않을 수 있지만, 데이터 채널의 구조에 따라 버스트의 일부 주파수 영역 및 시간 영역들에서 변할 수 있다는 것을 주목한다.

따라서, 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들이 하나의 무선 리플렉터(들)로부터 반사될 경우, 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들 중 적어도 일부는 또한 (예를 들어) 이 제 1 리플렉터 편광 오퍼레이터에 따라서 편광 시프트될 수 있다.

그런다음, OTFS 수신기는, 수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들 내에서 편광의 방향(들)을 추가로 검출하고, 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들을 추가로 결정하도록 이 편파 정보를 추가로 이용하도록 구성될 수 있다.

실제로, 편광 변경들은, 다양한 리플렉터들 간의 콘트라스트를 향상시키기 위해 이용될 수 있다. 보통 다수의 리플렉터들이 존재하는 대부분의 실제 상황들에서, 이들 간을 구분하는 것은 (OTFS 기술들을 이용하더라도) 중요한 것일 수 있다. 편광 방법들은 OTFS 시스템이 상이한 리플렉터들 간을 구분하는 것을 용이하게 하고, 결국 채널 응답 파라미터들의 보다 정확한(예를 들어, 보다 현실적인) 모델을 구성한다. 이는 결국, 수신된 신호들로 하여금 더 양호하게 디컨벌루팅되게 할 수 있다.

이전에 저장된 채널 응답 파라미터들을 리트리빙하는 위치 결정 기술들의 이용

많은 상황들, 예를 들어, 도시 환경들에서, 거의 모든 주요 리플렉터들의 위치는, 종종 며칠, 몇 주, 몇 개월 및 때때로 심지어는 몇 년의 시간 기간들에 걸쳐 상대적으로 고정되어 있는 경향이 있을 것이다. 예를 들어, 한 도시를 고려한다. 차량들이 이동할 수 있지만, 그렇지 않으면, 주요 리플렉터들(예컨대, 건물들, 다리들, 다른 인공 구조물들)의 위치는 전혀 신속하게 변하지 않는다. 실제로, 건물이 건축되거나 철거될 때까지는 별로 중요하지 않은 경우가 종종 있다.

또 다른 팩터는 종종, 무선 송신기들 및 수신기들의 적어도 셀 타워들 또는 다른 인프라구조 소스들의 경우, 셀 타워들(102)조차도 오랜 시간 기간 동안, 이를 테면, 1년 또는 그 이상의 시간 동안 제 자리에 남아있는 경향이 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 이 실시예는, (빌딩들과 비교할 때 상대적으로 작은 무선 리플렉터들인) 차량들은 무시하고, 따라서 특정 환경의 채널 응답 파라미터들이 OTFS 기지국의 위치(종종 고정 포지션에 있을 것이며, 여기서 102m은 기지국임을 가정한다) 및 OTFS 수신기 또는 송수신기(104) 또는 다른 OTFS 모바일 디바이스(예컨대, OTFS 모바일 송신기, 트랜시버들 등)의 위치의 함수로서 어떻게 변하는지에 대한 "맵"(예를 들어, 위치 인덱스 컴퓨터 데이터베이스)을 구축하는 것이 가능하다는 통찰에 기초한다.

이러한 채널 응답 파라미터들의 맵이 (OTFS 송신기, OTFS 수신기, 또는 원격으로 위치될 수 있는) 컴퓨터 데이터베이스에 저장되는 경우, 모바일 OTFS 디바이스(104)는 (자동으로 GPS(global positioning signal), 내부 네비게이션 기술들, 라디오 소스들의 삼각측량, 알려진 로컬 WiFi 핫스팟들의 아이덴티티들 등을 이용하는 것을 포함하는) 많은 수단에 의해 그의 현재 위치를 결정한 다음, 사전에 저장된 채널 응답 파라미터들을 모바일 OTFS 디바이스의 현재 위치에 따라서 룩업하기 위해 그의 프로세서를 이용할 수 있다.

유사하게, 정지된 셀 타워(102m)가 모바일 OTFS 디바이스(104)의 위치를 알고 있다면, 고정 셀 타워(102m)는 또한, 컴퓨터 데이터베이스(채널 응답 파라미터 맵들)에서 모바일 OTFS 디바이스의 개연성있는 채널 응답 파라미터들을 마찬가지로 룩업할 수 있다.

따라서, 이 방식을 이용하면, 모바일 OTFS 디바이스(104)와 디바이스, 이를테면, 고정 셀 타워(102) 간의 통신들의 제 1 버스트조차도 양쪽 엔드들에서 합리적으로 최적화된 채널 응답 파라미터들과 함께 시작할 수 있다. 시스템들은 시간이 지남에 따라 더 최적화될 수 있다(예를 들어, 이동하는 리플렉터들을 무시하는 최초 모델[채널 응답 파라미터들의 세트]로 시작한 후, 개선된 나중에 더욱 리파인된 채널 응답 파라미터들의 세트에 대해 이동하는 리플렉터들을 추가한다).

이 개념을 이해하기 위해, 고정 셀 타워의 예에서 이용되는 상기의 최초 논의는 원칙적으로 (더 복잡하지만) 더 복잡한 다차원 채널 응답 파라미터 맵들(2개 또는 그 초과의 OTFS 디바이스들의 위치에 의해 인덱싱된 위치 인덱스 컴퓨터 데이터베이스들)도 또한 필요에 따라 구성하고 이용될 수 있다.

일부 실시예에서, 대안적으로 적용하자면, OTFS 시스템은 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들의 맵 데이터베이스를 복수의 송신기 및 수신기 위치들에서 추가로 생성함으로써 동작할 수 있다. 그런 다음, 시스템은 적어도 하나의 무선 송신기 및 적어도 하나의 무선 수신기의 포지션들을 결정할 수 있고, 이러한 포지션들을 이용하여 이 맵 데이터베이스를 (보통 이러한 목적을 위한 프로세서를 이용하여) 자동으로 탐색하고 그러한 포지션들에서 다차원 데이터 채널의 적어도 일부 채널 응답 파라미터들을 리트리빙할 수 있다. 그런다음, 이들 채널 응답 파라미터들은 OTFS 통신들 목적들을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 맵 획득 채널 응답 파라미터들은 프로세스를 개시하거나 또는 "부트스트랩"하는데 이용된 후, 통신들 세션 동안 실시간으로 획득된 채널 응답 파라미터들에 의해 보충될 수 있다.

예를 들어, 모바일 OTFS 셀 폰(예컨대, 104)이 OTFS 셀 타워(102)로부터 (예를 들어, 가장 먼 범위로) 멀리 떨어져 위치되는 상황을 고려한다. 그 범위가 너무 멀면, 셀 폰(104)과 타워(102)가 서로에 대해 락킹(lock)될 수 없을 것이기 때문에, 심지어 OTFS 방법들도 결국에는 실패할 것이다. 그러나, 맵 획득 채널 응답 파라미터들을 이용함으로써, 최초 "렛츠 겟 어 락(let’s get a lock)" OTFS 핸드쉐이킹 채널 응답 파라미터들은 최소한 통신들을 시작하기에 충분한 신호를 최적화하는데 이용될 수 있다. 그런다음, 추가 최적화가 이어질 수 있다.

OTFS 송신기를 동작시키는 방법들

무선 OTFS 송신기들, 무선 OTFS 수신기들, 및 무선 OTFS 수신기들과 무선 OTFS 송신기들이 송신기들 간의 신호 송신을 개선시키기 위해 협력할 수 있는 방법들에 적용되는, 본원에 설명된 다양한 방법들 및 시스템들이 송신기들 간의 신호 송신을 개선하기 위해 협력할 수 있고, 따라서, 하나 또는 그 초과의 OTFS 무선 송신기들을 동작시키는 방법들뿐만 아니라 하나 또는 그 초과의 OTFS 무선 수신기들을 동작시키는 방법들에도 물론 적용할 수 있다는 것이 명백해야 한다.

따라서, 일반적으로, 송신기 레벨에서, 본 발명은 하나 또는 그 초과의 OTFS 무선 송신기 디바이스들뿐만 아니라 OTFS 무선 송신기 디바이스들 그 자체들을 구성(configuring)하고, 콘스트럭팅(constructing)하고, 동작시키는 다양한 방법들을 커버한다.

공통 분모로서, 앞서 설명된 실시예들에 따라 이후 확장되고 정교화(elaborate)될 수 있는 기본 송신기 방법은 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스를 동작시키는 방법이다. 무선 송신기는 소프트웨어 구성 무선 송신기(예를 들어, FPGA/DSP, 적절한 송신기 프로세서들, 및 해리스(Harris)의 방법들 또는 다른 방법들에 따른 송신기로부터 구성됨)일 수 있다. 앞에서와 같이, 이들 다양한 OTFS 무선 송신기 디바이스들은 각각의 위치들 및 속도들을 가질 것이고, 각각은 통상적으로 공간을 통해 (예를 들어, 다차원 데이터 채널을 통해, 그의 연관된 채널 리플렉터들, 및 채널 응답 파라미터들과 함께) 다양한 심볼들을 하나 또는 그 초과의 무선 OTFS 수신기 디바이스들로 자동으로 무선 송신하도록 구성될 것이다. 이들 무선 OTFS 수신기들은 또한 그 각각이, 이들 자신의 각각의 위치들 및 속도들을 가질 것이다.

보다 구체적으로, 앞서 언급된 바와 같이, OTFS 송신기 디바이스들은 일반적으로 적어도 하나의 프로세서(종종 하나 또는 그 초과의 마이크로프로세서들 또는 디지털 신호 프로세서들), 메모리, 및 복수의 주파수들에서 복수의 무선 신호들을 동시에 송신하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서-제어식 무선 송신기 컴포넌트를 포함할 것이다. 앞서 언급된 바와 같이, 프로세서(들) 및 송신기(들)는 종종, 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들 전체에 걸쳐 복수의 OTFS 심볼에서 각각의 OTFS 심볼을 확산시킨 후, 안테나(들)를 이용하여 이러한 버스트들을 송신하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신기는 추가로, 다양한 에러 검출/수정 심볼들, 파일럿 신호들, 편광 방식들을 송신하고, 다양한 MIMO 방법들 및 앞서 설명된 다른 방법들을 이용할 수 있다. 또한, 송신기는 추가로, OTFS 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 범위, 버스트 길이의 지속기간, 버스트 대역폭, 및 앞서 설명된 바와 같은 다른 특성들을 변경할 수 있다. 종종, 송신기는 원 거리에 있는 OTFS 수신기 디바이스들과 함께 동작하는 다른 OTFS 송신기로부터 발신된 신호들을 수신하고, 이들 다른 OTFS 송신기들로부터 획득된 정보를 이용하여 앞서 설명된 송신기 동작의 다양한 양상들을 조정하도록 구성된 OTFS 무선 수신기들 또는 다른 타입의 무선 수신기일 수 있는 하나 또는 그 초과의 연관된 무선 수신기들을 구비할 수 있다.

따라서, 기본 송신기 방식은, 본 개시내용에서 앞서 설명된 다양한 방법들의 다양한 조합들 및 퍼뮤테이션들에 의해 보충될 수 있다.

OTFS 수신기를 동작시키는 방법들

유사하게, 무선 OTFS 송신기들, 무선 OTFS 수신기들, 및 무선 OTFS 수신기들과 무선 OTFS 송신기들이 송신기들 간의 신호 송신을 개선시키기 위해 협력할 수 있는 방법들에 적용되는, 본원에 설명된 다양한 방법들 및 시스템들이, 송신기들 간의 신호 송신을 개선하기 위해 협력할 수 있고, 따라서, 하나 또는 그 초과의 OTFS 무선 송신기들을 동작시키는 방법들뿐만 아니라 수신기 디바이스 그 자체들에도 물론 적용할 수 있다는 것이 또한 명백해야 한다.

따라서, 일반적으로, 수신기 레벨에서, 본 발명은 하나 또는 그 초과의 OTFS 무선 수신기 디바이스들을 설계하고, 구성하고, 콘스트럭팅하고, 동작시키는 다양한 방법들을 커버한다.

공통 분모로서, 앞서 설명된 실시예들에 따라 이후 또한 확장되고 및 정교화될 수 있는 기본 수신기 방법은 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스를 동작시키는 방법일 수 있다. 전술한 바와 같이, 이들 수신기 디바이스들은 일반적으로 각각 그들 자신의 각각의 디바이스 위치들 및 속도들을 가질 것이고, 또한 일반적으로, 이전에 설명된 OTFS 무선 송신기 디바이스들 중 하나 또는 그 초과의 것(이들은 당연히 그들 자신의 다양한 위치들 및 속도들을 가짐)으로부터 다차원 데이터 채널을 통해 송신된 복수의 심볼들을 자동적으로 무선으로 수신하도록 구성될 것이다. 그런다음, 파형들이 이전에 설명된 리플렉터들(이는 무선 반사의 위치들, 속도들, 및 하나 또는 그 초과의 계수들, 파라미터들 또는 오퍼레이터들을 가질 수 있음) 및 채널 응답 파라미터들에 의해 왜곡된 후 OTFS 수신기들은 이러한 심볼들을 디코딩할 것이다.

따라서, 앞서 설명된 바와 같이, OTFS 무선 파형 버스트는 수신기로의 적어도 하나의 경로(예를 들어, a: 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들이 무선 송신기(들)로부터 OTFS 무선 수신기 디바이스(들)로 직접 무선 OTFS 파형 버스트들로서 직접 이동하는 것; 및/또는 b: 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들이 OTFS 무선 수신기 디바이스(들)에 도달하기 전에 무선 리플렉터(들)로부터 반사됨으로써 OTFS 무선 수신기 디바이스(들)에서 시간 지연 및 도플러 주파수 시프팅된 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들을 생성하고, 따라서, 수신기에서, 이들 직접 버스트들 및 임의의 상기 반사된 버스트들의 조합을 생성함으로써, 앞에서 설명된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 생성하는 것 중 적어도 하나)를 통해 이동한다.

여기서, 전술한 바와 같이, 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들은, 적어도 상대적인 포지션들, 상대적인 속도들, 및 무선 송신기 디바이스(들)의 특성들, OTFS 무선 수신기 디바이스(들), 및 무선 리플렉터(들)에 의해 결정된다.

이를 해결하기 위해서, OTFS 무선 수신기는 통상적으로, 복수의 주파수들에서 무선 신호들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서-제어식 무선 수신기 컴포넌트, 적어도 하나의 프로세서, 메모리, 및 적어도 하나의 안테나를 포함할 것이다. 무선 수신기 컴포넌트는 소프트웨어 구성 수신기(예를 들어, FPGA/DSP, 적절한 수신기 프로세서들, 및 해리스(Harris)의 방법들 또는 다른 방법들에 따른 수신기 소프트웨어로부터 구성됨), 또는 다른 타입 수신기일 수 있다.

수신기 디바이스의 프로세서는 종종, 무선 수신기 컴포넌트들, 안테나(들) 및 메모리를 이용하여 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 수신하고 채널 응답 파라미터들을 결정하도록 (종종 적절한 소프트웨어를 이용하여) 구성될 것이다. 일부 실시예들에서, 이는 에러 검출/수정 방법들, 파일럿 신호 방법들, MIMO 방법들 및 앞서 설명된 다른 방법들에 의해 지원될 수 있다.

통상적으로, 적어도 하나의 수신기 디바이스 프로세서는 추가로, 이들 채널 응답 파라미터들을 이용하여 적절한 디컨벌루션 파라미터들을 컴퓨팅하고, 이러한 디컨벌루션 파라미터들을 이용한 후 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 디컨벌루팅하도록 (종종 소프트웨어를 이용하여) 구성될 것이다. 결과적으로 이는 적어도, 원래 전송된 OTFS 파형 버스트들의 근사치(이상적으로는 매우 양호한 근사치)가 된다. 그런 다음, 적어도 하나의 수신기 디바이스 프로세서는 보통, 원래 신호들의 이 근사치로부터 다양한 원래 송신된 OTFS 심볼들을 수학적으로 추출(또는 다른 방법으로 해결)할 것이고, 따라서 데이터 페이로드를 포함하는 다양한 원래 송신된 OTFS 심볼들이 이후 수신될 것이다.

수신기로 송신하는 원격 OTFS 송신기가 다양한 에러 검출/수정 심볼들, 파일럿 신호들을 송신했거나, 또는 OTFS 수신기와 통신하기 위해 다양한 MIMO 방법들 및 다른 방법들을 이용했다면, 종종 OTFS 수신기는 추가로, 앞서 설명된 바와 같이 성능을 개선하기 위해서 이러한 방법들을 이용하도록 구성될 것이다. 원격 OTFS 송신기가 앞서 설명된 바와 같이 OTFS 시간 시프트들 및 주파수 시프트들의 범위, 버스트 길이의 지속기간, 버스트 대역폭, 편광 방식들 및 다른 특징들을 변경했다면, 종종 OTFS 수신기는 이러한 변화들과 함께 작용하거나 또는 이러한 변화들을 보상하도록 구성될 것이다.

종종 OTFS 수신기는, 원거리에 있는 OTFS 송신기 디바이스들과 함께 동작하는 다른 OTFS 수신기들로 신호들을 송신하도록 구성되는 그 자신의 연관된 무선 송신기들(이는 OTFS 무선 송신기들 또는 다른 타입의 무선 송신기들일 수 있음) 중 하나 또는 그 초과의 것을 갖는 트랜시버일 것이다(즉, 원거리에 있는 OTFS 송신기들은 또한 종종 트랜시버들일 것이다). OTFS 수신기는, 앞서 설명된 바와 같이, 그 자신의 송신기들을 이용하여 원거리에 있는 OTFS 송신기 디바이스들로 정보 및 제안들을 송신하여 원격 OTFS 송신기 동작의 다양한 양상들을 조정할 수 있다.

당면한 상황에 맞는 OTFS 설정들의 최적화 관련

발명의 가장 공통적인 적용들은, 지구 상의, 보통 통기성있는 공기의 양 및 다른 자연적 대기 현상, 이를테면 구름, 비, 우박이 있는 지면 근처의 지역들에 있게 될 것이다. 많은 무선 주파수들의 경우, 라디오 파들은 간섭이 거의 없는 자연적 대기 현상을 통과하므로, 종종 개재된 공기와 자연적 대기 현상의 영향들은 무시될 수 있다. 더 높은 주파수 라디오 신호들의 경우, 이 자연적 현상은, 경우에 따라, 추가적인 무선 신호 감쇠 또는 추가 무선 리플렉터들의 소스들로서 시스템에 의해 다루어질 수 있다.

앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 가장 일반적인 적용은 또한 종종 지구 또는 지구 가까이에 있는 도심 또는 농촌 환경들에 있게 될 것이며, 여기서, 관련 리플렉터들(예를 들어, 다양한 빌딩들, 자연적 또는 인공 구조물들, 차량 등)이 특정 지오메트리들, 및 간격을 가질뿐만 아니라 속도의 특정 가정 범위들(예를 들면, 일반적으로 차량의 경우 시간당 0-100 마일, 비행기의 경우 시간당 0-1000 마일 등) 내에서 동작하는 것으로 가정될 수 있다. 어느 정도까지, 이러한 가정들은 곧 논의될 다양한 파라미터들(예를 들어, 다양한 버스트 길이들, 시간 시프트들, 주파수 시프트들 등)을 미세-튜닝하기 위해 이용될 수 있다. 반대로, 매우 상이한 환경에서, 이를 테면, 더 높은 고도들에서, 또는 궤도 내에서 또는 대기권 밖에서 상업용 또는 군용 항공기 용으로 동작하도록 설계된 본 발명의 버전은 잠재적인 속도들, 거리들 및 리플렉터 간격의 훨씬 더 광범위한 범위에 대처하도록 미세-튜닝되는 다양한 파라미터들을 가질 수 있다.

고성능 시스템의 생성을 위해 앞서 논의한 방법들의 결합

도 7은 본 발명의 다양한 실시예들 - OTFS 송신기들(예를 들어, 102, 102m, 700), OTFS 수신기들(예를 들어, 104, 104m, 740), 앞서 설명된 방식들, 이를 테면, OTFS 시간 시프트들, 주파수 시프트들, 편광, 버스트 특징들, 에러 코드들의 이용, 파일럿 심볼들, 편광 방식들, MIMO 안테나들, 채널 응답 파라미터들의 맵들 등이, 곤란하고 끊임없이 변화하는 환경에서 동작하더라도 강인하고 페이드에 강한 통신들을 제공하도록 설계되는 통합된 OTFS 무선 통신 시스템을 생성하도록, 모두 함께 작용할 수 있거나, 모두 결합되거나, 또는 다양한 특정 방법들의 다양한 퍼뮤테이션을 이용하는 방법을 도시한다.

도 7은, OTFS 송신기 프로세서 및 OTFS 수신기 프로세서가 OTFS 무선 송신들을, 심지어 하나의 통신 세션 내에서도, 동적으로 최적화시키기 위해, 본질적으로 동작의 앞서 설명된 모드들 중 임의의 것과 모두를, 거의 모든 조합으로 변경시킬 수 있는 일 실시예를 나타내는 소프트웨어 흐름도로서 가장 잘 이해될 수 있다.

예를 들어, OTFS 송신기(이를테면, 102 또는 102m)가 소프트웨어 레벨(700)에서, 예를 들어, 하나 또는 그 초과의 OTFS 송신기 프로세서들 및 적절한 제어 소프트웨어를 이용하여 제어될 수 있는 방법을 고려한다. 무선 OTFS 통신 세션의 시작에서, OTFS 송신기는 자신의 프로세서를 이용하여 초기 OTFS 파라미터들, 이를 테면, 송신기의 메모리 및/또는 앞에서 설명된 로컬 또는 원격 맵 데이터 베이스(704)를 포함하는 다양한 소스들로부터 OTFS 채널 응답 파라미터들의 초기 세트(702)를 획득할 수 있다(예를 들어, 송신기는 자신의 GPS 위치를 원격 맵 서버로 무선으로 송신할 수 있고, 다양한 위치 특정 OTFS 파라미터들, 이를테면, 채널 응답 파라미터들의 초기 세트를 다시 수신할 수 있다). 그런다음, OTFS 송신기는 OTFS 파라미터들의 초기 세트를 이용하여 OTFS 수신기(104, 104m, 740)에 대한 OTFS 무선 송신들을 시작할 수 있다. OTFS 수신기(104, 104m, 740)는 또한, 유사한 수신기 메모리 및/또는 맵 서버 방법들(744)을 이용하여 OTFS 파라미터들(742)의 그의 초기 세트를 초기화할 수 있다. 여기서 물론, GPS 지원 맵핑 방식들이 이용되는 경우, 디바이스는, OTFS 송신기 및/또는 OTFS 수신기일 수 있으며, GPS 단위 또는 기타 위치 결정 회로들을 구비할 것이다.

이 예에서, 간략함을 위해서, 송신기(송신기 프로세서)는 데이터 프레임 당 방법에 대한 다양한 OTFS 송신 변수들을 변경할 수 있지만 보통 데이터 프레임 내에 있지 않도록 (예를 들어, 종종 소프트웨어에 의해) 구성된다는 것을 가정한다. (더 미세한 입도를 가진 다른 방식들, 예를 들어, OTFS 데이터 프레임 내의 더 미세한 레벨로 다양한 OTFS 송신 변수들에서의 변경들이 또한 이용될 수 있다.)

초기화 이후, OTFS 송신기 소프트웨어(700)는 송신 루프(706), (708), (710)에 진입할 수 있다. 이 루프는 통상적으로, 통신들 세션의 모든 데이터 프레임들이 전송될 때까지 다수의 데이터 프레임들이 송신됨에 따라 다양한 반복들로 진행할 것이다. 특히, 송신기는, 이용가능한 데이터(예를 들어, 가장 최근의 OTFS 파라미터들)를 최대로 활용할 수 있는 한, 다양한 OTFS 변조 방식들 및 버스트 특성들을 구성함으로써 루프(708)의 제 1 반복을 시작할 수 있다.

다음(710)에서, 이 예에서 데이터 프레임 단위를 기반으로, OTFS 송신기 프로세서 및 소프트웨어(700)는 당면한 상황에 대해 적절한 다양한 에러 코드 방식들을 설정할 수 있을뿐만 아니라 이용가능한 정보를 이용하여 임의의 송신기 MIMO 안테나들(110a-110d)의 셋팅들을 조정할 수 있다. 통상적으로, 통신 세션이 다수의 데이터 프레임들에서 계속됨에 따라, 이러한 다양한 셋팅들이 특정 데이터 채널 조건들에 맞게 더욱 최적화된다.

무선 OTFS 송신기는 이제, 송신을 위해 실제 유용한 데이터(예를 들어, 페이로드)(712)의 패키징의 이 반복 태스크를 시작할 준비가 된다. 이를 수행하기 위해, 송신기 프로세서 및 소프트웨어(700)는 다양한 파일럿 심볼들 및 에러 정정 심볼들과 함께 페이로드 데이터를 적절한 OTFS 데이터 프레임들에 임베딩(714)한 후, 변조 및 송신한다(716). 다양한 직접 OTFS 파형 버스트 경로들(예를 들어, 112) 및 다양한 반사된 OTFS 파형 버스트 경로들(예를 들어, 114a, 114b)을 따라 무선 OTFS 수신기(104, 104m)로 이동하는 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들(718)이 궁극적으로 수신기에 의해 수신되고 수신기 소프트웨어에 의해 처리된다(740).

많은 실시예들에서, OTFS 무선 송신기(102, 102m)는, OTFS 무선 수신기일 수 있지만, 또한 수신기들의 다른 타입들일 수 있는 그 자신의 수신기를 구비할 것이다. 이 송신기에 또한 그 자신의 로컬 무선 수신기가 장착되고, OTFS 수신기(104, 104m)에 또한 그 자신의 로컬 송신기가 장착되어 있다고 가정하면, 일부 선택적인 실시예들에서, OTFS 송신기(700)는 또한 OTFS 수신기 소프트웨어(740) 및 수신기(102, 102m)로부터의 에러 코드 피드백(720) 및 채널 응답 파라미터 피드백을 수신하고 송신기의 소프트웨어(722)를 따라 이를 처리할 수 있다. 그런다음, OTFS 송신기 소프트웨어(700) 및 연관된 하드웨어는 앞에서 설명된 다양한 OTFS 송신기 파라미터들(710)을 업데이트하기 위해 축적한 어떠한 정보든지 이용할 수 있고, 다음 반복에서, 송신 루프(706, 708, 710)는 조건들이 보증하는 것과 동일한 세트의 송신 변수들 또는 상이한 송신 변수들을 갖는 다음 데이터 프레임을 송신할 수 있다. 이 프로세스는 다시, 일반적으로 적어도 하나의 송신기 프로세서 및 적절한 소프트웨어에 의해 수행될 것이다.

프로세스의 OTFS 수신기 측은 일반적으로 이전에 논의된 OTFS 송신기 기능들의 대응부분을 수행한다. 수신기(104, 104m)는 또한 일반적으로 적어도 하나의 수신기 프로세서 및 수신기 소프트웨어(740)의 제어 하에 있게 될 것이다. 수신기 소프트웨어(740) 및 연관된 수신기 하드웨어는 또한 수신기 메모리(744)로부터 적절한 초기 OTFS 파라미터를 먼저 리트리빙함으로써(742) 그리고/또는 앞서 설명된 수신기 메모리 및/또는 맵 서버 방법들을 이용함으로써(744) 무선 OTFS 데이터 프레임들의 수신기의 수신을 초기화할 수 있다.

그런다음, OTFS 수신기 소프트웨어(740) 및 연관된 하드웨어는 그 자신의 수신기 루프(746, 748, 750) 반복들에 진입할 수 있다. 이 예에서, 간략함을 위해서, OTFS 수신기(수신기 프로세서)는 마찬가지로 데이터-프레임 기반(또는 원하는 바와 같은 다른 방식들)으로 그의 다양한 OTFS 수신 변수들을 변경할 수 있도록 (예를 들어, 종종 적절한 수신기 소프트웨어(740)에 의해) 구성된다는 것을 가정한다. (송신기와 마찬가지로, 더 미세한 입도를 가진 다른 수신기 방식들, 예를 들어, OTFS 데이터 프레임 내의 더 미세한 레벨로 다양한 OTFS 송신 변수들에서의 변경들이 또한 이용될 수 있다.)

OTFS 수신기는, 임의의 직접 무선 OTFS 파형 버스트들(112, 112a) 및 임의의 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들(114b)의 조합인 현재 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들(718)을 (종종 단위 데이터 프레임 기반으로) 수신할 것이다. 그런다음, 수신기는, 송신기가 전송된 신호들에 임베딩했을 수 있는 임의의 파일럿 신호들을 디코딩하고(752), 그렇지 않은 경우 그때에 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들을 결정하기 위해 그의 하나 또는 그 초과의 프로세서들 및 소프트웨어(740)를 이용할 것이다. 그런다음, 수신기는 이러한 채널 응답 파라미터들을 이용하고, 적절한 에러 코드 및 수정을 이용하여, 데이터 페이로드를 디코딩할 수 있고(754), 이 수신 데이터(756)는 메모리에 저장되거나 그 후의 이용을 위해 출력될 수 있다.

수신기(104, 104m)가 그 자신의 로컬 송신기를 갖는다면, 수신기 소프트웨어(740) 및 프로세서는 수신기의 로컬 송신기에 지시하여 수신기 결정 채널 응답 파라미터에 관한 정보, 다른 정보, 이를 테면, 에러 코드 피드백, 수신기 MIMO 셋팅들 및 능력(있는 경우)을 송신기(102, 102m)로 송신하며, 이는 송신기의 로컬 수신기에 의해 수신되고 송신기의 소프트웨어에 의해 인터프리팅될 수 있다(720). 따라서, 송신기가 그 자신의 로컬 수신기를 갖는 경우, 송신기는 그의 로컬 수신기를 이용하여 이 데이터를 수신하고 이를 이용하여 나중에 송신되는 데이터 프레임들에 대한 그 자신의 셋팅들을 리파인할 수 있다.

수신기 소프트웨어(740) 및 프로세서는 또한, 채널 응답 파라미터들 및 에러 코드들로부터 유도된 정보를 이용하여 다음 데이터 프레임을 수신하기 위한 그의 다양한 MIMO 안테나들(있는 경우)의 조정을 최선으로 리파인하는 방법을 결정할 수 있다(758).

많은 다른 OFTS 수신기 및 송신기 동작 방식들도 가능하다. 도 7의 주목적은 본원에 개시된 다양한 방법들이 (다양한 조합들로, 그리고 모든 방법들이 이용될 필요는 없음) 결합되어 강인하고 고성능 무선 통신 시스템을 생산하는 방법의 하나의 특정한 예를 제공하는 것이다.

GPS 기술들의 추가 논의:

GPS 또는 다른 위치 결정 기술들은 또한, 다른 목적들, 이를테면, 송신기와 수신기 사이에서 시간 동기화를 더욱 양호하게 결정하는 것을 돕기 위해 이용될 수 있다는 것을 추가로 주목한다. 여기서, 예를 들어, 송신기 및 수신기의 상대적인 위치들을 알게 됨으로써, 따라서, 송신기와 수신기 사이의 거리가 결정될 수 있다. 기본 상수들, 이를테면, 빛의 속도를 이용함으로써, 송신 지연이 타이밍에 미치는 영향이 이와 같이 자동으로 결정될 수 있고, 따라서 이 송신 타이밍 지연은 시스템 전체에 걸쳐 더욱 정확한 타이밍 동기화를 위해 이용될 수 있다.

OTFS 파형 구조 및 OTFS 버스트 구조의 추가 상세들

다양한 방법들이 이용되어 OTFS 파형들을 생성할 수 있다. 여기서 주요 기준은, 각각의 데이터 심볼이 무선 다차원 데이터 채널의 시간 지연 및 도플러-시프트 채널 응답 파라미터들에 따라 선택된 복수의 상이한 시간들 및 상이한 주파수들에 대한 복수의 구별가능한 (예를 들어, 보통 상호 직교) 파형들에 걸쳐, 무손실 및 인버터블 방식으로 분배된다는 것이다.

일부 실시예들에서, OTFS 파형들은, 특허 출원들 US 제61/349,619호, US 제13/177,119호, US 제13/430,690호뿐만 아니라 US 특허 제8,547,988호에서 앞서 논의된 방법들에 따라 생성되고 구조화될 수 있다; 상기 출원의 전체 내용들이 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다. 이들 실시예들 중 일부 특정 예들이 아래에서 설명된다.

일부 실시예들에서, 송신기 단부에서, 마이크로프로세서 제어식 송신기는, 예를 들어, d₁을 [D] 매트릭스(예를 들어, d₁ = d_0,0)의 제 1 로우 및 제 1 컬럼 심볼들로 할당하고, d₂를 [D] 매트릭스(예를 들어, d₂ = d_0,1)의 제 1 로우 및 제 2 컬럼에 할당함으로써 심볼들을 다양한 N·N 매트릭스들[D]의 다양한 엘리먼트들에 리패키징하거나 분배함으로써 송신을 위한 일련의 상이한 심볼들 "d"(예를 들어, d₁, d₂, d₃...)를 패키징하고 [D] 매트릭스의 모든 N·N 심볼들이 채워질 때까지 계속될 수 있다. 여기서, 일단 전송할 d개의 심볼들이 부족하면, 나머지 [D] 매트릭스 엘리먼트들은 0 또는 널(null) 엔트리를 나타내는 다른 값으로 설정될 수 있다.

이들 파형들이 특징적 사인곡선 형상을 갖는다는 것을 보여주기 위해 여기서 "톤들"이라 불리는, 데이터를 송신하기 위한 1차 토대로서 이용되는 다양한 1차 파형들은, 일부 실시예들에서, N·N IDFT(Inverse Discrete Fourier Transform) 매트릭스[W]로 기술될 수 있으며, 여기서 [W]의 각각의 엘리먼트 w에 대해,

또는 대안으로

또는

이다. 따라서 [D]의 개별 데이터 엘리먼트들(d)은 매트릭스 곱셈 연산 [W]*[D]에 의해 다양한 기본 톤(w)의 결합으로서 변환되고 분배되어 데이터 매트릭스의 톤 변환되고 분배된 형태를 생성하며, 여기서 N·N 매트릭스 [A]에 의해 설명되고, [A] = [W]*[D]이다.

일부 실시예들에서, 본 발명의 N 시간 시프팅된 및 N 주파수 시프팅된 파형들을 생성하기 위해서, 톤 변환되고 분배된 데이터 매트릭스[A]는 그런다음, N·N 매트릭스[B]를 생성하도록 모듈식 산술 또는 "클락" 산술에 의해 그 자체가 추가로 퍼뮤팅되고, 여기서 [B]의 b의 각 엘리먼트에 대하여,

이다. 이는 대안적으로 [B] = Permute([A]) = P(IDFT*[D])로 표현될 수 있다. 따라서, 클락 산술은 시간 및 주파수 시프트들의 패턴을 제어한다.

유니타리 매트릭스 [U]은 그 후, N·N 송신 매트릭스[T](여기서 [T] = [U]*[B]임)을 생성하고, 이에 따라 인코딩 매트릭스[U]에 따라 결정된 N 시간 시프팅되고 N 주파수 시프팅된 파형들의 N² 크기의 모든 퍼뮤테이션들을 생성하도록 [B] 에 대해 연산하는데 이용될 수 있다. 대안으로, N·N 송신 매트릭스 [T]=[U]*P(IDFT*[D])이다. 그런다음, 통상적으로 종종 칼럼 단위로, N개의 각각의 개별 컬럼이 이용되어 주파수 반송파를 추가로 변조할 수 있고(예를 들어, 우리가 1GHz 부근의 주파수 범위에서 송신한다면, 반송파는 1GHz로 세팅될 것임), N개의 엘리먼트를 갖는 N·N 매트릭스[T]의 각각의 컬럼은 이에 따라 각각의 데이터 심볼에 대해 N개의 심볼-가중화된 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 파형들을 생성한다. 효율적으로, 그런다음, 송신기는 예를 들어, 데이터의 시간 블록에 걸친 합성 파형으로서 한 번에 [T]의 하나의 컬럼으로부터 N개의 심볼-가중화된 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 파형들의 합을 송신하고 있다. 대안적으로, 송신기는 [T]의 상이한 컬럼들에 대해 상이한 주파수 반송파를 대신 이용하고, 이에 따라 예를 들어, 하나의 주파수 반송파 상에서 [T]의 하나의 컬럼을 송신하고, 상이한 주파수 반송파 상에서 [T]의 상이한 컬럼을 동시에 송신할 수 있고, 이에 따라, 동시에 더 많은 데이터를 송신하지만, 물론, 이를 행하는데 더 많은 대역폭을 이용한다. [T]의 2개 이상의 컬럼을 동시에 송신하기 위해 상이한 주파수 반송파를 이용하는 이러한 대안적인 방법은 주파수 블록들로서 지칭될 것이며, 여기서 각각의 주파수 반송파는 그 자신의 주파수 블록으로 고려된다.

따라서, N·N 매트릭스 [T]가 N개의 컬럼들을 갖기 때문에, 송신기는 N개의 합성 파형들로서 구조화된 N²개의 합산-심볼-가중화된 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 파형들을, N개의 시간 블록들 또는 주파수 블록들의 임의의 결합 상에서 송신할 것이다.

수신기 측 상에서, 송신 프로세스가 본질적으로 반전된다. 여기서, 예를 들어, 마이크로프로세서 제어식 수신기는 물론, 다양한 컬럼들[T]을 그 특정 애플리케이션에 대해 바람직한 다양한 시간 블록들 또는 주파수 블록들 상에서 다양한 OTFS 시간-주파수 수신기로 수신할 것이다(예를 들어, N개의 심볼-가중화된 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 파형들로 또한 알려진 N개의 합성 파형들을 수신함). 예를 들어, 가용 대역폭이 많고 시간이 중요한 경우, 송신기는 다수의 주파수 반송파 상에서 다수의 주파수 블록들로서 데이터를 송신하고 수신기는 이를 수신할 것이다. 한편, 가용 대역폭이 보다 제한되고 그리고/또는 시간(레이턴시)이 덜 중요하면, 송신기는 다수의 시간 블록들 상에서 대신 송신할 것이고 수신기는 이들 상에서 수신할 것이다.

따라서 유효하게는, 수신기는 하나 또는 그 초과의 주파수 반송파로 튜닝하고, 그 특정 애플리케이션에 대해 세팅된 시간 및 주파수 블록들의 수 상에서, 결국 원래의 N·N 송신된 매트릭스[T]로부터 데이터 또는 계수들을 N·N 수신 매트릭스[R]로서 수신하며, 여기서 [R]은 [T]와 유사하지만, 다양한 통신 손상들로 인해 동일하지 않을 수 있다.

마이크로프로세서 제어식 수신기는 그 후 원래 송신 프로세스를 역으로 모방한 일련의 단계들에 의해 송신 프로세스를 반전시킨다. N·N 수신 매트릭스[R]이 인버스 디코딩 매트릭스[U^H]에 의해 먼저 디코딩되어 [B^R]이라 지칭되는 원래 퍼뮤테이션 매트릭스[B]의 근사 버전을 생성하며, 여기서 [B^R]=([U^H]*[R])이다.

수신기는 그런다음, N·N [B^R] 매트릭스의 엘리먼트 상에서 인버스 모듈식 수학 또는 인버스 클락 산술 연산을 행함으로써 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 파형들(또는 톤들)로부터의 데이터를 되돌리도록(back out) 인버스 클락 연산을 행하여, N·N [B^R] 매트릭스의 각각의 엘리먼트(b^R)에 대해,

를 생성한다. 이는 여기서 [A^R]로 지칭되는 데이터 매트릭스[A]의 톤 변환되고 분배된 형태의 "디-시간 시프팅되고 디-주파수 시프팅된(de-time shifted and de-frequency shifted)" 버전을 생성한다. 대안으로, [A^R]=Inverse Permute([B^R]) 또는 [A^R] = P^-1([U^H]*[R])이다.

수신기는 그런다음 원래의 IDFT(Inverse Fourier Transform matrix)의 N·N DFT(Discrete Fourier Transform) 매트릭스를 이용하여 [A] 매트릭스를 분석함으로써 [A^R] 매트릭스로부터 원래의 데이터 심볼들(d)의 최소 근사치를 추가로 추출한다.

여기서, 각각의 수신된 심볼(d^R)에 대해, d^R은 N·N 수신된 데이터 매트릭스 [D^R]의 엘리먼트들이고, 여기서 [D^R]=DFT*A^R, 또는 대안적으로 [D^R]=DFT*P^-1([U^H]*[R])이다.

따라서 원래의 N²개의 합산-심볼-가중화된 시간 시프팅되고 주파수 시프팅된 파형들은 나중에, 대응하는 디코딩 매트릭스 U^H([U^H]로도 나타내어짐)에 의해 제어되는 수신기에 의해 수신된다. 수신기(예를 들어, 수신기의 마이크로프로세서 및 연관된 소프트웨어)는 하나 또는 그 초과의 원래 송신된 N· N 심볼 매트릭스들 [D]에서 다양한 송신된 심볼 "d"(또는 이들 송신된 심볼들의 적어도 근사)를 재구성하도록 이 디코딩 매트릭스 [U^H]를 이용한다.

대안으로, 일부 실시예들 중 일부에서, 이들 "톤들"은 OFDM 부반송파들과 같은 협대역 부반송파들일 수 있다. 예를 들어, N×M 데이터 매트릭스가 N 시간 기간들에 걸쳐 M개의 협대역 부반송파들을 통해 송신될 수 있도록, 대안적인 인코딩 및 디코딩 방식들이 이용될 수 있다.

에코 반사들 및 주파수 시프트들의 신호 장애 효과들로 인해 발생하는 왜곡들을 보정하는 몇 가지 방법들이 있다. 한 가지 방법은, 수신기 프런트 엔드에서, 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 파형들 또는 "톤(tone)들"이 예측가능한 시간-주파수 패턴을 형성하고, 수신기의 프런트 엔드에 위치된 "덤(dumb)" 디컨벌루션 디바이스가 이러한 패턴들뿐만 아니라 이러한 패턴들의 에코 반사된 및 주파수 시프팅된 버전들을 인식하고 패턴 인식 프로세스에 의해 적절한 디컨벌루션을 수행할 수 있다는 사실을 활용한다. 대안으로, 왜곡들이 수신기의 소프트웨어에 의해 수학적으로 수정됨으로써, 에코 반사된 및 주파수 시프팅 효과들을 본질적으로 결정하고 이러한 효과들을 해결하는 적절한 수학적 변환들이 수행된다. 제 3 대안으로서, 일단, 프로세스에 의해, 수신기가 통신 매체의 특정 시간 및 주파수 왜곡들의 시간 및 주파수 디컨벌루션 파라미터들을 결정하고, 수신기는 송신기에 명령어를 송신하여 본질적으로 이러한 효과들을 사전-보상하거나 또는 프리-인코딩할 것을 송신기에 명령할 수 있다. 즉, 예를 들어, 수신기가 에코를 검출하는 경우, 송신기는 이 반향을 오프셋하는 방식 등으로 송신하도록 명령받을 수 있다.

에코 반사들 및 주파수 시프트들은, 부가적인 노이즈를 유도함으로써 송신된 신호를 흐리게 하거나 손상시키거나 왜곡시킬 수 있다. 이러한 왜곡들은 데이터 어레이에 작용하는 2-차원 필터로서 모델링될 수 있다. 이 필터는, 예를 들어, 시간 지연들 및 도플러 시프트들을 갖는 다수의 에코들의 존재를 나타낸다. 이러한 왜곡들을 감소시키기 위해서, 신호가, 수신기 이후 수신기 프로세싱 전에 사전-이퀄라이징되거나, 또는 대안으로 D^R 매트릭스가 복원된 후에 사후-이퀄라이징될 수 있다. 이 이퀄라이제이션 프로세스는 아날로그 또는 디지털 방법들에 의해 수행될 수 있다. 이상적으로 원래의 D 매트릭스를 완벽하게 재현하는, 수신된 D 매트릭스의 이퀄라이징된 형식을 D_eq라고 지칭한다.

일부 실시예들에서, 적응형 선형 이퀄라이저는 이러한 왜곡들을 수정하는데 이용될 수 있다. 이 적응형 선형 이퀄라이저는 어느 한 단계에서, 선택적으로 더욱 아날로그 방법 또는 단계로서 기능할 수 있지만, 보다 일반적으로는 더욱 디지털 및 수학적 프로세스로서 기능할 수 있다.

이퀄라이저는, 일부 실시예들에서,

과 같은 함수에 따라 동작할 수 있다.

다른 실시예들에서, OTFS 파일럿 심볼들의 이용에 의해 획득된 채널 응답 파라미터들(도 2 및 도 3 및 관련 논의 참조)은 대안으로 또는 추가적으로 이 이퀄라이제이션(디컨벌루션) 프로세스를 보조하는데 이용될 수 있다.

Claims (15)

1. 적어도 하나의 무선 송신기와 적어도 하나의 무선 수신기를 연결하는 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법으로서,
   적어도 2 차원의 공간과 1 차원의 시간으로 이루어진 다차원 데이터 채널;
   상기 다차원 데이터 채널은 적어도 하나의 무선 리플렉터를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터 각각은 반사기 위치, 속도, 및 무선 반사의 적어도 하나의 계수를 포함하고;
   각각의 상기 적어도 하나의 무선 송신기는 무선 송신기 위치 및 속도를 포함 함 -;
   각각의 상기 적어도 하나의 무선 수신기는 무선 수신기 위치 및 속도를 포함하고;
   상기 방법은,
   적어도, 데이터 심볼들을 포함하는 상기 심볼들에 대해, 그리고 복수의 이러한 데이터 심볼들이 존재하는 경우, 무손실 및 인버터블 방식으로 상기 복수의 데이터 심볼들 전체에 걸쳐 각각의 데이터 심볼을 확산시키기 위해 적어도 하나의 프로세서를 이용함으로써, 복수의 OTFS 심볼들을 생성하고, 적어도 상기 데이터 심볼들을 복수의 OFTS 심볼들로서 무선으로 송신하기 위해 상기 적어도 하나의 송신기 및 적어도 하나의 프로세서를 이용함으로써, 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들을 생성하고, 여기서, 상기 복수의 OTFS 심볼들의 각각의 데이터 심볼은 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들 전체에 걸쳐 확산되며;
   상기 다차원 데이터 채널을 통한 전파 시, 상기 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들은 적어도 하나의 경로를 통해 이동하며, 상기 적어도 하나의 경로는,
   a : 직접 무선 OTFS 파형 버스트들로서 상기 적어도 하나의 무선 송신기로부터 상기 적어도 하나의 무선 수신기로 직접 이동하는 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들; 및/또는
   b: 상기 적어도 하나의 무선 수신기에 도달하기 전에 적어도 하나의 무선 리플렉터로부터 반사되어, 상기 적어도 하나의 무선 수신기에서 시간 지연 및 도플러 주파수 시프팅된 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들을 생성하는 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들
   중 적어도 하나를 포함하고;
   상기 적어도 하나의 무선 수신기에서, 임의의 상기 직접 무선 OTFS 파형 버스트들 및 임의의 상기 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들의 결과적으로 발생된 조합은 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 생성하고;
   상기 적어도 하나의 무선 수신기에서, 상기 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 수신하는 단계;
   상기 적어도 하나의 무선 송신기와 상기 적어도 하나의 무선 수신기 사이의 상기 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들을 결정하기 위해 적어도 하나의 프로세서를 이용하는 단계 ―상기 다차원 데이터 채널의 상기 채널 응답 파라미터들은 상기 적어도 하나의 무선 송신기, 상기 적어도 하나의 무선 수신기, 및 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터의 적어도 상대적인 포지션들, 상대적인 속도들, 및 특성들에 의해 생성됨―;
   수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 디컨벌루팅(detonvolute)함으로써, 적어도, 상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들의 근사치를 유도하기 위해 상기 채널 응답 파라미터들 및 적어도 하나의 프로세서를 이용하는 단계;
   상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들의 상기 근사치로부터 상기 복수의 데이터 심볼들을 수학적으로 추출하기 위해 적어도 하나의 프로세서를 이용하는 단계;
   이로써, 상기 적어도 하나의 무선 송신기와 적어도 하나의 무선 수신기 사이에서 상기 데이터 심볼들 중 적어도 일부를 송신하는 단계를 더 포함하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 심볼들은 데이터 심볼들을 포함하고;
   적어도 상기 데이터 심볼들은 추가로 심볼 프레임들 내에 배열되며, 상기 심볼 프레임들은 상기 심볼들의 N×N 또는 N×M 프레임들이고, N 및 M 둘 모두는 1보다 큰 정수들이고;
   심볼 프레임 단위 기반으로, 상기 적어도 하나의 프로세서가 적어도 각각의 데이터 심볼로부터의 정보를, 무손실 및 인버터블 변환을 이용하여 상기 심볼 프레임 내의 적어도 모든 데이터 심볼들에 걸쳐 확산시킴으로써, 복수의 OTFS 심볼들을 포함하는 대응하는 OTFS 프레임을 생성하고,
   상기 적어도 하나의 무선 수신기는 OTFS 프레임 단위 기반으로 상기 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 수신하고, OTFS 프레임 단위 기반으로 상기 복수의 OTFS 심볼들을 추출함으로써, 상기 OTFS 프레임의 근사치를 생성하고;
   상기 OTFS 프레임의 상기 근사치로부터 적어도 복제 데이터 심볼들을 추출하기 위해 상기 적어도 하나의 프로세서 및 상기 변환의 인버스를 추가로 이용하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   적어도 하나의 파일럿 심볼을 적어도 하나의 정의된 시간 및 주파수에서 적어도 하나의 무선 파일럿 심볼 파형 버스트로서 송신하기 위해 상기 적어도 하나의 송신기 및 적어도 하나의 프로세서를 이용하는 단계를 더 포함하고;
   상기 적어도 하나의 무선 파일럿 심볼 파형 버스트의 직접 및 반사 버전들이 적어도 하나의 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트로서 상기 적어도 하나의 무선 수신기에 도달하고,
   상기 적어도 하나의 무선 수신기에서, 상기 적어도 하나의 채널 컨벌루팅된 파일럿 심볼 파형 버스트를 수신하는 단계, 및 상기 적어도 하나의 무선 송신기와 상기 적어도 하나의 무선 수신기를 연결하는 상기 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터들을 결정하기 위해 적어도 하나의 프로세서를 이용하는 단계; 및
   상기 수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 추가로 디컨벌루팅하기 위해 상기 채널 응답 파라미터들을 추후에 이용하는 단계를 더 포함하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 심볼들 또는 OTFS 심볼들 중 적어도 일부는 에러 검출 또는 에러 정정 심볼들 또는 OTFS 심볼들을 포함하고,
   OTFS 심볼 송신 에러들이 미리결정된 수용가능한 에러 레벨을 초과하는지를 검출하고, 상기 채널 응답 파라미터들이 최적상태에 못 미친다는 것을 상기 수신기 또는 상기 송신기에게 자동으로 통지하고, 그리고 수정 동작을 개시하도록 상기 에러 검출 또는 에러 수정 심볼들 또는 OTFS 심볼들을 이용하기 위해 상기 적어도 하나의 수신기에서 적어도 하나의 프로세서를 추가로 이용하는 단계; 및/또는
   다른 OTFS 심볼들 또는 데이터 심볼들의 에러를 자동적으로 수정하기 위해 상기 에러 검출 또는 에러 수정 심볼들 또는 OTFS 심볼들을 추가로 이용하도록 적어도 하나의 프로세서 및 상기 적어도 하나의 수신기를 이용하는 단계를 더 포함하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 및 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들은 추가로 시간 레이턴시, 주파수 대역폭, 또는 채널 응답 파라미터 기준 중 어느 것에 관하여 추가로 선택되고, 일부 OTFS 심볼들은 하나의 선택 기준에 따라 송신될 수 있는 반면, 다른 OTFS 심볼들은 상이한 선택 기준에 따라 송신될 수있는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들은 추가로,
   1) 상기 데이터 채널 내의 리플렉터들의 원하는 송신 레이턴시 시간 및/또는 공간 분포들 중 임의의 것에 따라 변화하는 버스트 시간 지속기간들(βt); 및/또는
   2) 상기 데이터 채널 내의 수신기들, 송신기들 및 리플렉터들의 속도들 및 위치들의 예상되는 분포 중 임의의 것에 따라 변하는 버스트 주파수 대역폭들(δf); 및/또는
   3) βt 및 δf 둘 모두에 따라 변하는 버스트 당 송신된 OTFS 데이터 심볼들의 수를 특징으로 하고, 상기 βt 및 δf는 상기 채널 응답 파라미터들, 원하는 송신 레이턴시 시간, 및 버스트 당 송신될 원하는 수의 OTFS 데이터 심볼들에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 무선 송신기 및 상기 무선 수신기 중 적어도 하나는 다수의 안테나들을 가지며, 상기 다수의 안테나들은 상기 적어도 하나의 무선 송신기 및 상기 무선 수신기 상의 또는 그 근처의 상이한 위치들에 포지셔닝되고, 그리고 상기 다수의 안테나들은 이들의 각각의 무선 송신기 또는 무선 수신기의 동일한 속도를 공유하고;
   상기 다수의 안테나들을 이용하여 상기 채널 응답 파라미터들을 추가로 결정하는 것과 적어도, 송신된 또는 수신된 무선 파형 버스트들의 공간 분포를 정형하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 상기 다수의 안테나들을 추가로 이용하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 무선 송신기 및 상기 무선 수신기 중 적어도 하나는 다수의 안테나들을 가지며, 상기 다수의 안테나들은 상기 적어도 하나의 무선 송신기 및 상기 무선 수신기 상의 또는 그 근처의 상이한 위치들에 포지셔닝되고, 그리고 상기 다수의 안테나들은 이들의 각각의 무선 송신기 또는 무선 수신기의 동일한 속도를 공유하고;
   상기 다수의 안테나들은 적어도 안테나들의 제 1 서브세트 및 안테나들의 제 2 서브세트로 분할되고; 그리고
   상기 다수의 안테나들의 상기 제 1 서브세트가 상기 안테나들의 제 2 서브세트에 의해 송신되거나 또는 수신되는 무선 OTFS 파형 버스트들 중 제 2 세트와는 상이한 무선 OTFS 파형 버스트들의 제 1 세트를 송신하거나 또는 수신하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 무선 송신기들 및 상기 무선 수신기들 중 적어도 하나는 제 1 풀 듀플렉스 디바이스에서 구성되고, 상기 무선 송신기들 및 상기 무선 수신기들 중 적어도 하나는 제 2 풀 듀플렉스 디바이스에서 구성되고,
   적어도 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스에서, 상기 제 2 풀 듀플렉스 디바이스로 송신하는 동안 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 송신기와 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 수신기 사이의 간섭을 완화하기 위해서 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 송신기와 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 수신기 사이의 결합을 제어하는 단계, 및 상기 제 2 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 송신기로부터 수신하는 동안 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 수신기의 민감도를 또한 동시에 최적화하는 단계를 더 포함하고,
   상기 결합을 제어하는 단계는 또한, 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 송신기와 상기 제 1 풀 듀플렉스 디바이스의 적어도 하나의 무선 수신기 사이를 이동하는 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들의 셀프-채널 응답 파라미터들을 획득함으로써 수행되고; 그리고
   상기 간섭을 디지털식으로 완화하기 위해 상기 제 1 풀 디바이스의 적어도 하나의 프로세서 및 상기 셀프-채널 응답 파라미터들을 이용하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신기는 편광의 적어도 하나의 방향에 따라, 편광된 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들을 송신하고;
    상기 적어도 하나의 무선 리플렉터는 제 1 리플렉터 편광 오퍼레이터에 따라, 상기 시간 지연된 및 도플러 주파수 시프팅된 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들의 편광을 변경하는 편광 변경 무선 리플렉터이고,
    상기 적어도 하나의 수신기는 추가로, 상기 수신된 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들에서 적어도 하나의 편광 방향을 검출하도록 구성되며;
    상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트가 상기 적어도 하나의 무선 반사기로부터 반사될 경우, 상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들 중 적어도 일부가 또한 상기 제 1 리플렉터 편광 오퍼레이터에 따라 편광 시프트되고;
    상기 다차원 데이터 채널의 상기 채널 응답 파라미터들을 추가로 결정하기 위해서 상기 수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들에서 상기 편광의 상기 적어도 하나의 방향을 추가로 이용하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다차원 데이터 채널의 상기 채널 응답 파라미터들의 맵 데이터베이스를 복수의 송신기 및 수신기 위치들에서 생성하는 단계;
    상기 적어도 하나의 무선 송신기 및 상기 적어도 하나의 무선 수신기의 포지션들을 결정하는 단계; 및
    상기 맵 데이터베이스를 탐색하고 상기 적어도 하나의 무선 송신기 및 상기 적어도 하나의 무선 수신기의 포지션들에서 상기 다차원 데이터 채널의 적어도 일부의 채널 응답 파라미터들을 리트리빙하기 위해서 상기 적어도 하나의 무선 송신기 및 상기 적어도 하나의 무선 수신기의 포지션들을 이용하는 단계를 더 포함하는, 다차원 데이터 채널을 통해 복수의 심볼들을 무선으로 송신하는 자동화 방법.
12. 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    각각의 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스는 무선 송신기 디바이스 위치 및 속도를 가지며, 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스 각각은 복수의 심볼들을 다차원 데이터 채널을 통해 무선 수신기 디바이스 위치 및 속도를 갖는 적어도 하나의 무선 수신기 디바이스로 자동으로 무선으로 송신하도록 구성되고;
    적어도 2 차원의 공간과 1 차원의 시간으로 이루어진 다차원 데이터 채널;
    상기 복수의 심볼들 중 상기 적어도 일부는 OTFS 송신에 의한 복수의 OTFS 심볼로서의 송신이 요구되는 경우 복수의 데이터 심볼들을 포함하고;
    상기 다차원 데이터 채널은 적어도 하나의 무선 리플렉터를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터 각각은 반사기 위치, 속도, 및 무선 반사의 적어도 하나의 계수를 포함하고;
    상기 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터는, 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스, 상기 적어도 하나의 무선 수신기 디바이스, 및 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터 각각의 무선 반사의 적어도 상대적인 위치들, 상대적인 속도들, 및 상기 계수들에 의해 결정되고;
    상기 적어도 하나의 OTFS 송신기 디바이스 각각은:
    적어도 하나의 프로세서, 메모리, 복수의 주파수들에서 무선 신호들을 송신하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서-제어식 무선 송신기 컴포넌트, 및 적어도 하나의 안테나;
    상기 적어도 하나의 프로세서, 상기 메모리, 및 적어도 상기 데이터 심볼을 OTFS 심볼들로서 확산시키도록 구성되는 적어도 하나의 송신기를 포함하고, 상기 복수의 데이터 심볼들 내의 각각의 데이터 심볼은 OTFS 심볼들을 생성하는 무손실 및 인버터블 변환의 상기 복수의 데이터 심볼들 전체에 걸쳐 확산되고, 상기 복수의 데이터 심볼들을 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들로 변환하기 위해 상기 OTFS 심볼들을 이용하고; 그리고
    상기 OTFS 심볼들을, 상기 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 무선 OTFS 파형 버스트들로서 무선으로 송신하기 위해 상기 적어도 하나의 안테나를 이용함으로써, 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들을 생성하는, 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스를 동작시키는 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 채널 응답 파라미터들은 적어도, 메모리로부터 상기 채널 응답 파라미터들을 리트리빙함으로써 초기에 결정되고; 그리고
    상기 채널 응답 파라미터들은, 상기 송신된 OTFS 심볼들을 수신한 OTFS 무선 수신기로부터 획득된 피드백에 기초하여 적어도 부분적으로 그 후에 결정되는, 적어도 하나의 OTFS 무선 송신기 디바이스를 동작시키는 방법.
14. 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    각각의 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스는 무선 수신기 디바이스 위치 및 속도를 가지며, 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스 각각은 다차원 데이터 채널을 통해 송신된 복수의 심볼들을 무선 수신기 디바이스 위치 및 속도를 갖는 적어도 하나의 무선 송신기 디바이스에 의해 자동으로 무선으로 수신하도록 구성되고;
    상기 복수의 심볼들 중 적어도 일부는 복수의 데이터 심볼들을 포함하고, 각각의 데이터 심볼은 무손실 및 인버터블 변환에 의해 상기 복수의 데이터 심볼들에 대해 미리확산되어 복수의 OTFS 심볼들을 생성하고, 상기 복수의 OTFS 심볼에서 인코딩된 적어도 각각의 데이터 심볼은 복수의 상호 직교 시간 시프팅된 그리고 주파수 시프팅된 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들로서 사전에 송신되었고;
    상기 다차원 데이터 채널은 적어도 2 차원의 공간과 1 차원의 시간으로 이루어지고;
    상기 다차원 데이터 채널은 적어도 하나의 무선 리플렉터를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터 각각은 반사기 위치, 속도, 및 무선 반사의 적어도 하나의 계수를 포함하고;
    상기 다차원 데이터 채널을 통한 전파 시, 상기 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들은 적어도 하나의 경로를 통해 이동하며, 상기 적어도 하나의 경로는,
    a : 원래 송신된 무선 OTFS 파형 버스트들이 직접 무선 OTFS 파형 버스트들로서 상기 적어도 하나의 무선 송신기로부터 상기 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스로 직접 이동하는 것; 및/또는
    b: 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들이 상기 적어도 하나의 무선 수신기 디바이스에 도달하기 전에 적어도 하나의 무선 리플렉터로부터 반사됨으로써, 상기 적어도 하나의 무선 수신기 디바이스에서 시간 지연 및 도플러 주파수 시프팅된 반사된 무선 OTFS 파형 버스트들을 생성하는 것
    중 적어도 하나를 포함하고;
    상기 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스에서, 임의의 상기 직접 무선 OTFS 파형 버스트들 및 임의의 상기 반사된 무선 OTFS 파형들 버스트들의 결과적으로 발생된 조합은 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 생성하고;
    상기 다차원 데이터 채널의 채널 응답 파라미터는, 상기 적어도 하나의 무선 송신기 디바이스, 상기 OTFS 무선 수신기 디바이스, 및 상기 적어도 하나의 무선 리플렉터의 적어도 상대적인 포지션들, 상대적인 속도들, 및 특성들에 의해 결정되고,
    상기 OTFS 무선 수신기 디바이스는,
    복수의 주파수들에서 무선 신호들을 수신하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서-제어식 무선 수신기 컴포넌트, 적어도 하나의 프로세서, 메모리, 및 적어도 하나의 안테나;
    상기 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들 또는 파일럿 심볼 파형 버스트들을 수신하고, 채널 응답 파라미터들을 결정하기 위해 상기 적어도 하나의 무선 수신기 컴포넌트, 적어도 하나의 안테나, 및 메모리를 이용하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 프로세서;
    수신된 채널 컨벌루팅된 OTFS 파형 버스트들을 디컨벌루팅하기 위해 상기 채널 응답 파라미터들 및 상기 메모리를 이용함으로써, 상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들의 최소 근사치를 유도하도록 추가로 구성되는 상기 적어도 하나의 프로세서;
    상기 원래 송신된 OTFS 파형 버스트들의 상기 근사치로부터 상기 복수의 데이터 심볼들을 수학적으로 추출함으로써 상기 복수의 데이터 심볼들을 수신하기 상기 메모리 및 상기 변환의 인버스를 이용하도록 추가로 구성되는 상기 적어도 하나의 프로세서를 포함하는, 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스를 동작시키는 방법.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 채널 응답 파라미터들은 적어도, 메모리로부터 상기 채널 응답 파라미터들을 리트리빙함으로써 초기에 결정되고; 그리고
    상기 채널 응답 파라미터들에 관한 피드백을 상기 복수의 OTFS 심볼들을 송신했던 OTFS 송신기로 추가로 송신하는, 적어도 하나의 OTFS 무선 수신기 디바이스를 동작시키는 방법.

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