KR101320915B1

KR101320915B1 - 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101320915B1
Application number: KR1020097025720A
Authority: KR
Inventors: 시아오롱 주; 홍웨이 양; 리유 카이
Original assignee: 알까뗄 루슨트
Priority date: 2007-05-10
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2013-10-29
Also published as: KR20100106200A; US20100303170A1; EP2166675A4; US8325842B2; CN101669298B; JP5361870B2; EP2166675A1; CN101669298A; EP2166675B1; JP2010527186A; WO2008138165A1

Abstract

다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법은 빔형성 매트릭스 및 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 단계; 가중 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스를 조합하는 단계; 및 상기 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 데이터를 전처리하는 단계를 포함한다. 또한 상기 방법을 이용하여 송신기, 기지국, 및 통신 시스템을 제공한다.

프리 코딩 매트릭스 생성수단, 조합수단, 빔형성 매트릭스 생성수단

Description

다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR PRE-PROCESSING DATA TO BE TRANSMITTED IN MULTIPLE-INPUT COMMUNICATION SYSTEM}

본 발명은 통신 기술분야에 관련된 것으로, 특히 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법 및 장치, 그리고 상기 장치를 포함하는 송신기, 기지국 및 통신 시스템에 관한 것이다.

단일 입력 단일 출력 통신 시스템

종래의 무선 통신 시스템은 보통 단일 송신 안테나와 단일 수신 안테나를 사용하고, 이를 소위 단일 입력 단일 출력 (SISO) 통신 시스템이라고 부른다. 종래의 단일 입력 단일 출력 시스템에서, 기지국에 위치한 송신기로부터의 무선 주파수(RF) 변조 데이터는 송신 경로를 따라 이동국의 수신기로 도착한다. 그러나 상기 송신 경로의 특성은 페이딩 및 다중 채널과 같은 여러 가지 요인으로 인해 시간에 따라 변하는 경우가 빈번하다. 또한, 상기 종래의 단일 입력 단일 출력 통신 시스템의 채널 용량에서는 섀넌 용량 제한(Shannon capacity restriction)이라 하는, 병목 현상이 불가피하게 발생한다.

다중 입력 다중 출력 통신 시스템

종래의 단일 입력 단일 출력 통신 시스템의 상기한 바와 같은 결점을 없애기 위해, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템이 제안 및 개발되었다. 도 1은 종래의 MIMO 통신 시스템의 개략도를 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, MIMO 통신 시스템은 여러 개(N_T)의 송신 안테나들을 구비하며 기지국에 위치되는 송신기 및 여러 개(N_R)의 수신 안테나들을 구비하며 이동국에 위치되는 수신기를 포함한다. 상기 N_T 개의 송신 안테나들 및 N_R 개의 수신 안테나들로 형성되는 MIMO 채널들은 N_S 개의 개별 서브채널들로 분리될 수 있고, 이때 N_S ≤ min {N_T, N_R}이다. N_S개의 개별적인 서브채널들의 각각은 또한 MIMO 통신 시스템의 제어 서브채널이라고도 하며 1차원 공간에 대응된다. 다중 송신 안테나들 및 다중 수신 안테나들에 의해 형성되는 추가적인 차원들로, 상기 MIMO 통신 시스템은 송신 용량이 증가되는 것과 같이, 향상된 성능을 제공할 수 있다. 또한, 상기 MIMO 통신 시스템에서, 개별적인 데이터 흐름들이 상기 N_S 개의 제어 서브채널 상에서 각각 송신되어 스펙트럼의 이용 효율이 증가하게 된다.

그러므로, 상기 MIMO 통신 시스템은 종래의 SISO 통신 시스템에 비해 대역폭을 추가하지 않고 통신 시스템의 용량 및 시간에 대한 스펙트럼의 이용 효율을 증가시킬 수 있다. MIMO 기술은 새로운 차세대 이동 통신 시스템들에 이용될 핵심 기술이 되었다. 현재 WLAN(IEEE802.11n), WiMAX(IEEE802.16d 및 IEEE802.16e), IEEE802.20, IEEE802.22, 3GPP Release 7, 및 3GPP Release 8 (LTE)과 같은 여러 개의 표준이 MIMO에 대해 특정지원을 하고 있다.

크기, 전력, 및 비용의 한계들로 인해, MIMO 통신 시스템에서, 이동 단말이 기지국에 비해 안테나들 및 RF 채널들이 적게 구성되고, 즉 상기 이동 단말에는 두 개의 송신 또는 수신 안테나가 구비되는 반면 상기 기지국에는 네 개의 송신 또는 수신 안테나들이 구비된다. 상기 기지국에서 안테나들을 모두 이용하기 위해 MIMO 통신 시스템을 위한 여러 가지 향상 기술이 제안되고 있다. 기존의 향상 기술들은 크게 개방루프와 폐쇄 루프 두 종류로 분류할 수 있다.

개방루프 MIMO 향상 기술에서, 송신기는 MIMO 채널 정보를 이용하지는 않지만 MIMO 채널들을 통해 입력 데이터를 수신기로 직접 송신한다. 일반적으로, 상기 개방루프 향상 기술은 공간-시간 코딩(STC) 기술 및 순환 지연 다이버시티(CDD) 기술을 포함한다.

상기 폐쇄 루프 MIMO 향상 기술에서는 반대로, 송신기가 모든 채널 정보 또는 그 일부에 대한 사전지식을 갖고 시스템 성능을 향상시키기 위해 상기 정보를 이용한다. 특히, 상기 송신기는 채널 정보 또는 사용자 위치 정보를 이용하여 입력 데이터를 전처리하여(pre-process) 전처리된 데이터를 복수의 송신 안테나 다이버시티들을 통해 수신기로 송신한다. 상기 수신기는 수신 안테나들을 통해 상기 송신된 데이터를 수신하고 이와 같이 수신된 데이터를 처리 및 출력한다. 따라서, 상기 폐쇄 루프 MIMO 향상 기술은 상기 개방루프 MIMO 향상 기술보다 그 성능이 우수하다. 일반적으로 폐쇄 루프 MIMO 향상 기술은 빔형성(beamforming) MIMO 기술 및 프리 코딩(pre-coding) MIMO 기술을 포함한다.

MIMO 통신 시스템과 빔형성 기술의 조합

빔형성 MIMO 기술은 안테나 이득 및 간섭 억제 이득을 향상시키기 위해 안테나들을 이용하여 특정 공간 지향성을 갖는 빔들을 생성한다. 보통 빔형성 MIMO 기술은 목표 사용자 및 간섭 사용자들의 다른 위치들에 기초하고, 측면 로브(lobe)를 겨냥하거나 상기 간섭 사용자에 빔을 널링하면서 상기 목표 사용자에게 메인빔을 조향한다. 상기 빔형성 기술은 이러한 방식으로 간섭에 의해 가해진 부정적 영향을 효과적으로 줄일 수 있다. 도 2는 빔형성기를 포함하는 종래 기술의 MIMO 통신 시스템의 블록도를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 코더(11)는 하나 또는 다중 채널 코딩 데이터를 형성하기 위해 입력 데이터 상에 채널 코딩, 성상 변조(constellation modulation), 및 MIMO 코딩을 수행한다. 다음으로, 상기 코딩된 데이터는 빔형성기(12)로 입력된다. 동시에, 빔형성 매트릭스 생성수단(13)이 도달 방향(DOA)과 같은 정보에 따라 각각의 송신 안테나 및 코딩된 데이터의 각 채널을 위한 빔형성 매트릭스를 생성하고, 생성된 빔형성 매트릭스를 상기 빔형성기(12)에 제공한다. 빔형성기(12)는 상기 빔형성 매트릭스를 이용하여 상기 코딩된 데이터를 가중 및 총합, 즉 우선 빔형성 벡터에 의해 코딩된 데이터의 각 채널을 가중한 후 송신 안테나에 대응하는 송신데이터로서 각 송신 안테나를 위한 코딩된 데이터의 모든 채널들에 대해 얻어진 가중 결과들을 총합한다. 이와 같이 가중 및 총합된 코딩된 데이터는 송신 안테나들을 통해 송신된다. 상기 수신기에서, 수신 안테나들이 송신 데이터를 수신한다. MIMO 검출수단(14)은 수신된 데이터를 처리 및 출력한다. 빔형성 가중 벡터들을 생성하는 방법들 및 빔형성 기술들은 중국특허출원들 CN1653721, CN1689249, CN1864347, 및 CN1835416에 개시되어 있고, 여기서 이들을 참고로 인용한다.

상기 빔형성 기술은 간섭 억제 이득을 제공할 수 있고 강력한 간섭 환경에 적합하다. 그러나, 간섭이 약한 경우, 즉 고주파수 재사용 인자를 갖는 통신 시스템에서 이러한 빔형성 기술은 별로 유용하지 않다.

MIMO 통신 시스템과 프리 코딩 기술의 조합

프리 코딩 MIMO 기술에 있어, 송신기는 동시 또는 장기 MIMO 채널 정보에 따라 매트릭스 코딩을 통해 미리 MIMO 송신 인자들을 구성할 수 있어, 데이터가 개별적인 서브채널들을 통해 각각 송신되고 다이버시티 이득이 달성된다. 보통, 송신기는 통신 시스템의 업링크 및 다운링크 채널들 또는 피드백 채널들의 대칭에 따라 MIMO 채널 정보를 획득한다. 도 3은 프리 코더(pre-coder)를 포함하는 종래의 MIMO 통신 시스템의 블록도를 도시한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 코더(21)는 하나 또는 다중 채널 코딩 데이터를 형성하기 위해 입력 데이터 상에 채널 코딩, 성상 변조, 및 MIMO 코딩을 수행한다. 다음으로, 상기 코딩된 데이터는 프리 코더(22)로 입력된다. 동시에, 프리 코딩 매트릭스 생성수단(23)이 예를 들어 산출 채널 매트릭스 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하여 프리 코더(22)로 제공한다. 프리 코더(22)는 이와 같이 생성된 프리 코딩 매트릭스를 이용하여 코딩된 데이터를 프리 코딩하며, 즉 우선 프리 코딩 벡터에 의해 코딩된 데이터의 각 채널을 가중한 후 이러한 송신 안테나에 대응하는 송신된 데이터로서 각 송신 안테나를 위한 코딩된 데이터의 모든 채널들에 대해 얻어진 가중된 결과들을 총합한다. 상기 프리 코딩된 데이터는 송신 안테나들의 개별적 서브채널들을 통해 송신된다. 수신기에서, 수신 안테나들은 상기 송신 데이터를 수신한다. MIMO 검출수단(24)이 수신된 데이터를 처리 및 출력한다. 매트릭스 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 방법이 중국특허출원 CN1756119A, CN1890908, CN1832369, CN1838556, CN1941660, 및 CN1941661에 개시되어 있고, 여기서 이들을 참고로 인용한다.

프리 코딩 MIMO 기술은 MIMO 통신 시스템 상의 채널 페이딩 또는 채널들의 공간 상호관계의 부정적 영향을 줄여 다이버시티 이득을 제공할 수 있다. 그러나, 상기 프리 코딩 MIMO 기술은 간섭 억제 이득능력이 없어, 1의 주파수 재사용 인자를 갖는 MIMO 통신 시스템과 같이, 강력한 간섭 환경에 다소 약하다.

요약하자면, 기존의 빔형성 MIMO 기술은 우수한 간섭 억제 능력을 갖지만 충분한 다이버시티 이득을 제공해주지는 못한다. 한편, 기존의 프리 코딩 MIMO 기술은 채널 페이딩 또는 공간 상호관계의 부정적 영향을 제거하기 위해 훌륭한 다이버시티 이득을 제공하지만 간섭에 효과적으로 대처하지는 못한다. 그러므로, 간섭 수준이 크게 갈리는 적용 환경들에서는 상기 빔형성 MIMO 기술 및 프리 코딩 MIMO 기술 모두 최상의 성능을 발휘하지는 못한다.

본 발명의 목적은 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 전처리 데이터용 방법 및 장치를 제공하는 것으로 간섭 수준이 크게 갈리는 적용 환경들에서도 통신 시스템에 최상의 성능을 제공할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 기존의 빔형성 MIMO 기술과 프리 코딩 MIMO 기술을 조합함으로써 통신 시스템이 최상의 성능을 발휘할 수 있도록 전처리 가중 매트릭스를 MIMO의 전단에 구성하기 위한 유연성있는 솔루션을 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법이 제공된다. 상기 방법은 빔형성 매트릭스 및 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 단계; 가중 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스를 조합하는 단계; 및 상기 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 데이터를 전처리하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가중 매트릭스를 형성하기 위해 하기 식에 따라 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스 상에 선형조합을 수행하고,

W = a×B + b×P

여기서 B는 빔형성 매트릭스, P는 프리 코딩 매트릭스, W는 가중 매트릭스, 및 a와 b는 상수이며, a와 b의 값은 측정된 간섭 수준에 따라 선택된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 추정된 위치 정보에 따라 빔형성 가중 벡터를 형성하고, 상기 빔형성 가중 벡터들은 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 정렬된다.

바람직하게, 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수와 동일한 경우, 상기 빔형성 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 종렬로 정렬된다. 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수보다 적은 경우, 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 가중 벡터들을 생성하기 위해 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지며, 상기 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 형성하도록 일렬로 정렬된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 위치 정보는 도달 방향이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스가 생성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 장기 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성한다. 바람직하게, 상기 장기 채널 정보는 채널들의 공분산 매트릭스 또는 평균 매트릭스이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스가 생성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 장기 채널 정보 또는 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스가 생성된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 채널 정보가 이용 불가능한 경우, 프리 코딩 매트릭스는 단위 매트릭스 또는 단위 매트릭스의 열벡터들의 일부에 의해 형성된 임의의 서브 매트릭스로서 선택된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 간섭 수준이 매우 높은 경우, a는 1 또는 이에 근사하게 선택하고, b는 0 또는 이에 근사하게 선택한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 간섭 수준이 매우 낮은 경우, a는 0 또는 이와 근사하게 선택하고, b는 1 또는 이와 근사하게 선택한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 간섭 수준이 중간인 경우, a와 b의 값은 0<a<1 및 0<b<1이 되도록 선택한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 일반적으로, 프리 코딩 이득보다 빔형성 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a>b가 되도록 선택한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 빔형성 이득보다 프리 코딩 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a<b가 되도록 선택된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 단일 출력 통신 시스템이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 다중 출력 통신 시스템이다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치를 제공한다. 상기 장치는 빔형성 매트릭스를 생성하는 빔형성 매트릭스 생성수단; 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 프리 코딩 매트릭스 생성수단; 가중 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 매트릭스와 상기 프리 코딩 매트릭스를 조합하는 조합수단; 및 상기 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 데이터를 전처리하는 전처리수단을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 조합수단은 상기 가중 매트릭스를 형성하기 위해 하기 식에 따라 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스 상에 선형조합을 수행하고,

W = a×B + b×P

여기서 B는 빔형성 매트릭스, P는 프리 코딩 매트릭스, W는 가중 매트릭스, 및 a와 b는 상수이며, a와 b의 값들은 측정된 간섭 수준에 따라 선택된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 빔형성 매트릭스 생성수단은 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 추정된 위치 정보에 따라 빔형성 가중 벡터들을 생성하고, 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 상기 복수의 빔형성 가중 벡터를 정렬한다.

바람직하게는, 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수와 동일한 경우, 상기 빔형성 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 종렬로 정렬된다. 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수보다 적은 경우, 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 가중 벡터들을 생성하기 위해 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지며, 상기 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 생성하도록 종렬로 정렬된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 장기 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하고, 여기서 상기 장기 채널 정보는 채널들의 공분산 매트릭스 또는 평균 매트릭스이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 장기 채널 정보 또는 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치를 포함하는 송신기가 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 송신기를 포함하는 기지국이 제공된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 기지국을 포함하는 통신 시스템이 제공된다.

종래 기술과 비교해 볼 때, 본 발명의 솔루션은 빔형성 MIMO 기술과 프리 코딩 MIMO 기술을 통합하는 것이다. 이러한 방식으로, 본 발명의 솔루션은 빔형성 및 프리 코딩 MIMO 기술들의 이점을 조합하여 더 넓은 분야들에 이용될 수 있다.

첨부된 도면을 참고로 하여 아래에 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 종래의 MIMO 통신 시스템의 블록도.

도 2는 빔형성기를 포함하는 종래의 MIMO 통신 시스템의 블록도.

도 3은 프리 코더를 포함하는 종래의 MIMO 통신 시스템의 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 MIMO 통신 시스템의 개략도.

도 5는 도 4의 가중 매트릭스 생성수단의 상세 블록도.

도 6은 본 발명에 따른 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터를 전처리하는 방법을 설명하는 순서도.

도 7은 본 발명에 따른 전처리용 가중 매트릭스를 생성하는 단계를 상세히 설명하는 도면.

설명을 명확히 하기 위해, 본 발명의 양태들 및 실시예들을 MIMO 통신 시스템에만 특정한다. 그러나, 본 발명은 MIMO 통신 시스템들에만 국한되는 것은 아니며 어떠한 형태의 다중 입력 통신 시스템들에도 적용이 가능하다. 상기 다중 입력 통신 시스템은 다수(N_T)의 송신 안테나들 및 하나 이상(N_R)의 수신 안테나들을 구비하는 통신 시스템이다. 상기 다중 입력 통신 시스템은 예를 들어 다중 입력 단일 출력(MISO) 통신 시스템, 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신 시스템, 수직 주파수분할 멀티플렉싱(OFDM)를 이용한 MIMO 통신 시스템, 및 공간분할 다중접근방식(SDMA)을 이용한 MIMO 통신 시스템 등을 포함한다.

본 발명의 기본 원리는 빔형성 MIMO 기술 및 프리 코딩(pre-coding) MIMO 기술 통합을 위한 프리 코딩 매트릭스와 빔형성 매트릭스의 조합을 이용하고 기지국에서 간섭 수준을 동적으로 추정함으로써 상기 조합의 형태를 결정하는 것이다. 빔형성 및 프리 코딩이 다른 원리들에 기초한다 해도, 둘 모두 특정 변환들, 즉 빔형성 매트릭스 또는 프리 코딩 매트릭스를 이용하여 송신된 신호들을 처리한다. 따라서, 빔형성 및 프리 코딩은 신호 처리 관점에서 통합될 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들이 아래에서 설명된다.

도 4는 본 발명에 따른 MIMO 통신 시스템의 블록도를 도시한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 MIMO 통신 시스템은 송신기측에, 코더(31), 전처리수단(32), 가중 매트릭스(weight matrix) 생성수단(33), 및 복수의 송신 안테나 들(N_T)을 포함한다. 본 발명에 따른 상기 MIMO 통신 시스템은 수신기측에, 복수의 수신 안테나들(N_R) 및 MIMO 검출수단(34)을 추가로 포함한다. 도 4에 점선으로 둘러싸인 블록은 본 발명에 따른 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터를 전처리하기 위한 장치를 나타낸다.

특히, 송신기측에 있어, 코더(31)는 코딩 데이터의 하나 이상의 채널들을 제공하기 위해 입력 데이터에 채널 코딩, 성상 변조(constellation modulation), 및 MIMO 코딩을 수행한다. 상기 전처리수단(32)은 상기 가중 매트릭스 생성수단(33)으로부터 상기 코딩 데이터 및 전처리를 위한 가중 매트릭스를 수신하여, 상기 가중 매트릭스를 이용하여 상기 수신된 코딩 데이터를 전처리한다. 이와 같이 전처리된 코딩 데이터는 상기 N_T개의 송신 안테나들로 송신된다. 수신기측에서는, MIMO 채널들로 송신된 데이터가 상기 N_R개의 수신 안테나들에 의해 수신된다. MIMO 검출수단(34)은 상기 수신된 데이터를 처리 및 출력한다. 상기 코더(31), 전처리수단(32), 및 MIMO 검출수단(34)의 동작들은 본 기술분야에 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 도 4의 가중 매트릭스 생성수단(33)의 상세 블록도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 가중 매트릭스 생성수단(33)은 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331), 빔형성 매트릭스 생성수단(332), 및 조합수단(333)을 포함한다.

특히, 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)은 획득한 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하고, 이때 상기 채널 정보는 통신 시스템의 업링크 및 다운링크 채널들 또는 피드백 채널들의 대칭성에 의해 얻을 수 있다. 본 발명에 있어, 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)은 현재 또는 미래에 이용가능한 다양한 프리 코딩 매트릭스 생성방법을 이용하여 프리 코딩 매트릭스를 생성할 수 있다. 예를 들어, 중국특허출원 CN1756119A, CN1890908, CN1832369, CN1838556, CN1941660, 및 CN1941661에 개시된 바와 같은 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 방법들은 본 발명에 이용할 수 있다. 상기 특허출원들에 기재된 내용은 본 명세서의 일부로서 전체로 통합된다.

빔형성 매트릭스 생성수단(332)은 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 위치 정보(예를 들면, 도달 방향)에 따라 빔형성 매트릭스를 생성한다. 본 발명에서, 현재 또는 미래에 이용가능한 다양한 빔형성 가중 벡터 생성방법들을 이용하여 빔형성 가중 벡터를 얻을 수 있다. 동시에, 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 복수의 빔형성 가중 벡터들을 정렬시킨다. 바람직하게, 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수와 같은 경우, 상기 복수의 빔형성 가중 벡터들을 소정의 순서로 정렬함으로써 상기 빔형성 매트릭스를 간단히 얻을 수 있다. 그러나, 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수보다 적으면, 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지고, 이후 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 연장된 가중 벡터들이 종렬로 정렬된다. 예를 들어, 빔형성 가중 벡터들을 형성하기 위한 방법들이 중국특허출원 CN1653721, CN1689249, CN1864347, 및 CN1835416에 개시되어 있다. 상기 특허출원들에 기재된 내용은 본 명세서의 일부로서 그 전체로 통합한다.

상기 조합수단(333)은 가중 매트릭스를 생성하기 위해 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)에 의해 생성된 프리 코딩 매트릭스와 빔형성 매트릭스 생성수단(332)에 의해 생성된 빔형성 매트릭스를 조합하여 이와 같이 생성된 가중 매트릭스를 전처리하기 위한 전처리수단(32)에 제공한다. 상기 조합수단(333)의 작동에 관해서는 아래에 상세히 설명한다.

도 6 및 도 7을 참고로 하여 본 발명에 따른, 다중 입력 통신 시스템에 송신되는 데이터를 전처리하는 방법이 아래에 설명된다.

도 6은 본 발명에 따른 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터를 전처리하는 방법을 설명하는 순서도를 도시한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 단계 S11에서, 가중 매트릭스 생성수단(33)은 전처리를 위한 가중 매트릭스를 생성한다. 단계 S12에서, 전처리수단(32)은 상기 N_T개의 송신 안테나들로의 송신을 위한, 전처리된 코딩 데이터를 생성하기 위해 단계 S11에서 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 코딩 데이터를 전처리한다.

도 7은 본 발명에 따른 전처리용 가중 매트릭스를 생성하는 단계들을 상세히 설명하는 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이 빔형성 매트릭스 생성수단(332)은 단계 S111에서 빔형성 매트릭스를 생성한다.

바람직하게, 빔형성 매트릭스 생성수단(332)은 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 위치 정보에 따라 빔형성 가중 벡터들을 생성하고, 동시에 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 복수의 빔형성 가중 벡터들이 정렬된다. 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 상기 송신 안테나들의 수와 같은 경우, 상기 복수의 빔형성 가중 벡터들을 종렬로 정렬함으로써 상기 빔형성 매트릭스를 간단하게 생성한다. 그러나 상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 상기 송신 안테나들의 수보다 적은 경우, 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지고, 이후 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 연장된 가중 벡터들이 종렬로 정렬된다.

보다 바람직하게, 상기 빔형성 매트릭스는 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 추정된 도달 방향에 따라 생성된다.

단계 S112에서, 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)은 프리 코딩 매트릭스를 생성한다.

바람직하게는, 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)은 수신기로부터 피드백된 채널 매트릭스 또는 통신 시스템의 업링크와 다운링크 채널들의 대칭에 따라 얻어진 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성한다. 보다 바람직하게, 프리 코딩 매트릭스는 동시 채널 매트릭스 또는 장기 채널 정보에 따라 생성될 수 있다.

특히, 단계 S112에서, 동시 채널 매트릭스가 이용불가능한 경우, 상기 프리 코딩 매트릭스는 예를 들어 장기 채널 정보, 또는 송신 채널들의 평균 매트릭스(means matrix) 또는 공분산 매트릭스(covariance matrix)에 기초하여 계산된다.

단계 S112에서, 동시 채널 매트릭스가 높은 정확도로 얻어진 경우, 상기 프리 코딩 매트릭스는 상기 동시 채널 매트릭스에 기초하여 계산된다. 예를 들어, 상기 프리 코딩 매트릭스는 상기 수신기로부터 정확히 피드백된 동시 채널 매트릭 스에 기초하여 생성된다. 코드북기반 프리 코딩 방식에서, 상기 프리 코딩 매트릭스는 미리 결정된 코드북의 코드워드(codeword)의 피드백 색인에 기초하여 생성될 수 있다.

단계 S112에서, 동시 채널 매트릭스가 이용가능한 반면 그 정확도가 부족한 경우, 두 종류들의 채널 정보를 통합함으로써 상기 프리 코딩 매트릭스를 생성될 수 있는데, 즉 P = C×P_Long _- _term + d ×P_{Instantaneous}, 여기서 P_Long _- _term 및 P_{Instantaneous}은 각각 장기 채널 정보 및 동시 채널 매트릭스에 기초하여 생성된 프리 코딩 매트릭스이고, P는 조합된 프리 코딩 매트릭스이며, 파라미터들 c와 d는 모두 0보다 크고 1보다 작으며 상기 동시 채널 매트릭스의 정확성에 대해 독립적인 상수들이다. 즉, 상기 동시 채널 매트릭스가 정확할수록, c는 작아지고 d는 커지며, 반대로 상기 동시 채널 매트릭스가 정확하지 않을수록, c는 커지고 d는 작아진다.

단계 S112에서, 장기 채널 정보가 이용불가능하고 상기 동시 채널 정보가 이용불가능하거나 그 정확도가 매우 떨어지는 경우, 상기 프리 코딩 매트릭스는 단위 매트릭스 또는 단위 매트릭스의 열벡터들의 일부에 의해 형성된 임의의 서브 매트릭스(sub-matrix)로서 선택된다.

또한, 단계 S113에서, 조합수단(333)은 가중 매트릭스를 생성하기 위해 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)에 의해 생성된 프리 코딩 매트릭스와 빔형성 매트릭스 생성수단(332)에 의해 생성된 빔형성 매트릭스를 조합한다.

바람직하게, 조합수단(333)은 가중 매트릭스를 생성하기 위해 프리 코딩 매트릭스 생성수단(331)에 의해 생성된 상기 프리 코딩 매트릭스와 빔형성 매트릭스 생성수단(332)에 의해 생성된 상기 빔형성 매트릭스에 대해 선형조합을 수행한다. 즉, W = a×B + b×P, 여기서 B는 빔형성 매트릭스, P는 프리 코딩 매트릭스, W는 가중 매트릭스, 및 a와 b는 측정된 간섭 수준에 따라 선택된 값들을 갖는 상수들이다.

특히, 상기 간섭 수준이 매우 높은 경우, a는 1 또는 이에 근접하게 선택되고, b는 0 또는 이에 근접하게 선택되어, 가장 큰 간섭 억제 이득, 즉 빔형성 이득이 달성된다. 이 경우, W는 B와 같거나 이에 근사하다.

상기 간섭 수준이 매우 낮은 경우, a는 0 또는 이에 근접하게 선택되고 b는 1 또는 이에 근접하게 선택되어, 가장 큰 프리 코딩 이득이 달성된다. 이 경우, W는 P와 같거나 이에 근사하다.

상기 간섭 수준이 중간정도인 경우, a과 b의 값들은 0<a<1 및 0<b<1로 선택된다. 일반적으로, 빔형성 이득이 프리 코딩 이득보다 더 필요한 경우, a>b가 되는 반면 프리 코딩 이득이 빔형성 이득보다 더 필요한 경우 a<b가 된다.

본 발명의 이점은 실질적인 통신 시스템들이 최상의 전체 성능을 발휘하도록 상기 빔형성 MIMO 기술과 프리 코딩 MIMO 기술의 조합에 있어 충분한 유연성이 제공된다는 것이다.

상기한, 다중 입력 통신 시스템에 송신될 데이터를 전처리하는 방법 및 장치는 예를 들면 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 조합 등 다양한 형태들로 구현할 수 있다.

하드웨어로 구현할 경우, 본 발명은 특정용도 집적회로(ASIC), 디지털신호 처리기(DSP), 디지털 신호 처리장치(DSPD), 프로그램가능 논리장치(PLD), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 또는 마이크로제어기로서 구현가능하다.

소프트웨어로 구현할 경우, 당업자라면 본 발명이 어떠한 적절한 데이터 처리 시스템에 이용되는 전달매체 상에 정렬된 컴퓨터 프로그램 제품에서 구현될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 신호 전달매체는 자기매체, 광학매체 또는 기타 적절한 매체를 포함한, 기계적 판독가능 정보용 기록가능 매체 또는 전송매체일 수 있다. 상기 기록가능 매체의 예들로는 하드디스크 드라이브 내의 자기 디스크 또는 플로피, 광학 드라이브용 광학디스크, 자기 테이프, 및 종래에 알려진 기타 매체를 포함한다. 전송매체의 예들로는 음성통신용 전화네트워크, 이더넷과 같은 디지털 데이터 통신네트워크, 및 인터넷 프로토콜 상의 월드 와이드 웹 통신용 네트워크를 포함한다. 당업자라면 적절한 프로그래밍 수단을 구비한 어떠한 통신 장치가 예를 들어 프로그램 제품에 구현된 바와 같은, 본 발명의 방법에 따른 단계들을 수행할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 모든 실시예들에 대해 수정들 및 변경들이 가능하다는 것을 상기 실시예를 통해 명백히 이해될 것이다. 본 명세서에 기재된 내용은 예시적일 뿐 한정적인 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상은 첨부된 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims

다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법에 있어서,

빔형성 매트릭스 및 프리 코딩 매트릭스를 생성하는 단계;

가중 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스를 조합하는 단계; 및

상기 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 상기 데이터를 전처리하는 단계를 포함하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 가중 매트릭스를 형성하기 위해 하기 식에 따라 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스 상에 선형조합이 수행되고,

W = a×B + b×P

여기서 B는 빔형성 매트릭스, P는 프리 코딩 매트릭스, W는 가중 매트릭스, 및 a와 b는 상수들이며, a와 b의 값들은 측정된 간섭 수준에 따라 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 추정된 위치 정보에 따라 빔형성 가중 벡터들이 생성되고, 상기 빔형성 가중 벡터들은 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 정렬되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수와 동일한 경우, 상기 빔형성 가중 벡터는 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 종렬로 정렬되고,

상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 상기 송신 안테나들의 수보다 적은 경우, 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 가중 벡터들을 생성하기 위해 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지며, 상기 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 형성하도록 종렬로 정렬되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 위치 정보는 도달 방향인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스는 채널 정보에 따라 생성되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스는 장기 채널 정보에 따라 생성되고, 상기 장기 채널 정보는 채널들의 공분산 매트릭스 또는 평균 매트릭스인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스는 동시 채널 매트릭스에 따라 생성되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 6 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스는 장기 채널 정보 또는 동시 채널 매트릭스에 따라 생성되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

채널 정보가 이용불가능한 경우, 상기 프리 코딩 매트릭스는 단위 매트릭스의 열 벡터들의 일부에 의해 형성된 임의의 서브 매트릭스 또는 단위 매트릭스로 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 주어진 문턱값 이상인 경우, a는 1 또는 이에 근사하게 선택되고 b는 0 또는 이에 근사하게 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 주어진 문턱값 이하인 경우, a는 0 또는 이와 근사하게 선택되고 b는 1 또는 이와 근사하게 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 중간인 경우, a와 b의 값들은 0<a<1 및 0<b<1이 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 13 항에 있어서,

프리 코딩 이득보다 빔형성 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a>b가 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 13 항에 있어서,

빔형성 이득보다 프리 코딩 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a<b가 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 단일 출력 통신 시스템인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 다중 출력 통신 시스템인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 방법.
다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치에 있어서,

빔형성 매트릭스를 생성하는 빔형성 매트릭스 생성수단;

프리 코딩 매트릭스를 생성하는 프리 코딩 매트릭스 생성수단;

가중 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스를 조합하는 조합수단; 및

상기 생성된 가중 매트릭스를 이용하여 상기 데이터를 전처리하는 전처리수단을 포함하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 조합수단은 상기 가중 매트릭스를 형성하기 위해 하기 식에 따라 상기 빔형성 매트릭스 및 상기 프리 코딩 매트릭스 상에 선형조합을 수행하고,

W = a×B + b×P

여기서 B는 빔형성 매트릭스, P는 프리 코딩 매트릭스, W는 가중 매트릭스, 및 a와 b는 상수들이며, a와 b의 값들은 측정된 간섭 수준에 따라 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

상기 빔형성 매트릭스 생성수단은 목표 사용자 및/또는 간섭 사용자들의 추정된 위치 정보에 따라 빔형성 가중 벡터들을 생성하고, 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 상기 빔형성 가중 벡터들을 정렬하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 송신 안테나들의 수와 동일한 경우, 상기 빔형성 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 생성하기 위해 종렬로 정렬되고,

상기 빔형성 가중 벡터의 차원이 상기 송신 안테나들의 수보다 적은 경우, 상기 송신 안테나들의 수와 동일한 차원을 갖는 가중 벡터들을 생성하기 위해 상기 빔형성 가중 벡터의 특정 위치에 0이 채워지며, 상기 가중 벡터들은 상기 빔형성 매트릭스를 생성하도록 종렬로 정렬되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 위치 정보는 도달 방향인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 장기 채널 정보에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하고, 상기 장기 채널 정보는 상기 채널들의 공분산 매트릭스 또는 평균 매트릭스인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 23 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

상기 프리 코딩 매트릭스 생성수단은 장기 채널 정보 또는 동시 채널 매트릭스에 따라 프리 코딩 매트릭스를 생성하는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,

채널 정보가 이용불가능한 경우, 프리 코딩 매트릭스는 단위 매트릭스의 열벡터들의 일부에 의해 형성된 임의의 서브 매트릭스 또는 단위 매트릭스로서 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 주어진 문턱값 이상인 경우, a는 1 또는 이에 근사하게 선택되고 b는 0 또는 이에 근사하게 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 주어진 문턱값 이하인 경우, a는 0 또는 이와 근사하게 선택되고 b는 1 또는 이와 근사하게 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 20 항에 있어서,

상기 간섭 수준이 중간인 경우, a와 b의 값들은 0<a<1 및 0<b<1이 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 30 항에 있어서,

프리 코딩 이득보다 빔형성 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a>b가 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 30 항에 있어서,

빔형성 이득보다 프리 코딩 이득이 더 필요한 경우, a와 b의 값들은 a<b가 되도록 선택되는, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 단일 출력 통신 시스템인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항에 있어서,

상기 다중 입력 통신 시스템은 다중 입력 다중 출력 통신 시스템인, 다중 입력 통신 시스템에서 송신될 데이터의 전처리 장치.
제 18 항에 따른 장치를 포함하는 송신기.
제 35 항에 따른 송신기를 포함하는 기지국.
제 36 항에 따른 기지국을 포함하는 통신 시스템.