(57)【要約】本発明による多重入出力無線通信システムにおける２つの送受信器間のデータ通信方法においては、１つのデータストリームに対応する１つ以上のデータシンボルを送信アンテナの独立性及びデータシンボルの優先順位を考慮して第１送受信器の複数の送信アンテナを通して同時に伝送し、第２送受信器が複数の受信アンテナを通して前記データシンボルを受信し、受信されたデータから前記データストリームを復旧する。データストリームは、システマティックビット及びパリティビットから構成され、それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記データシンボルに含まれているシステマティックビットの数によって決定される。
2005530450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのデータストリームに対応する１つ以上のデータシンボルを送信アンテナの独立性及びデータシンボルの優先順位を考慮して複数の送信アンテナを通して同時に伝送する段階と、
受信側送受信器の複数の受信アンテナを通して前記データシンボルを受信し、該受信されたデータシンボルから前記データストリームを復旧する段階と
を含むことを特徴とする多重入出力無線通信システムにおける２つのトランシーバ間のデータ通信方法。
【請求項２】
前記データストリームは、システマティックビット及びパリティビットから構成されることを特徴とする請求項１に記載のデータ通信方法。
【請求項３】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記データシンボルに含まれているシステマティックビットの数によって決定されることを特徴とする請求項２に記載のデータ通信方法。
【請求項４】
前記優先順位は、前記データシンボル内のシステマティックビットの数が増加するほど高くなることを特徴とする請求項３に記載のデータ通信方法。
【請求項５】
それぞれの送信アンテナの優先順位は、他の送信アンテナとの相関関係によって決定されることを特徴とする請求項２に記載のデータ通信方法。
【請求項６】
前記送信アンテナの独立性は、前記相関関係が減少するほど高くなることを特徴とする請求項５に記載のデータ通信方法。
【請求項７】
前記送信アンテナの相関関係は、前記受信側送受信器からのフィードバック情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項６に記載のデータ通信方法。
【請求項８】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの相関関係によって決定されることを特徴とする請求項４に記載のデータ通信方法。
【請求項９】
前記送信アンテナの独立性は、相関関係が減少するほど高くなることを特徴とする請求項８に記載のデータ通信方法。
【請求項１０】
前記送信アンテナ間の相関関係は、前記受信側送受信器からのフィードバック情報によって決定されることを特徴とする請求項９に記載のデータ通信方法。
【請求項１１】
高い優先順位を有するデータシンボルは、高い独立性を有する送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項１０に記載のデータ通信方法。
【請求項１２】
前記伝送する段階は、
前記データストリームを１つ以上のサブストリームに逆多重化する段階と、
前記サブストリームをデータシンボルに符号化する段階と、
前記データシンボルを送信アンテナにマッピングする段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信方法。
【請求項１３】
前記逆多重化する段階は、
前記データシンボルを構成するシステマティックビットとパリティビットを分離する段階と、
前記システマティックビットとパリティビットをそれぞれ収集する段階と、
前記システマティックビットとパリティビットをそれぞれのサブストリームに再割り当てする段階と、を含むことを含む請求項１２に記載のデータ通信方法。
【請求項１４】
前記符号化する段階は、前記データシンボルに対する優先順位を割り当てる段階を含むことを特徴とする請求項１２に記載のデータ通信方法。
【請求項１５】
前記データシンボルの優先順位は、前記システマティックビットの数によって決定されることを特徴とする請求項１４に記載のデータ通信方法。
【請求項１６】
前記優先順位は、前記データシンボルを構成するシステマティックビットの数が増加するほど高くなることを特徴とする請求項１５に記載のデータ通信方法。
【請求項１７】
前記マッピングする段階は、前記送信アンテナに独立性を割り当てることを特徴とする請求項１２に記載のデータ通信方法。
【請求項１８】
前記独立性は、前記受信側送受信器からのフィードバック情報によって決定されることを特徴とする請求項１７に記載のデータ通信方法。
【請求項１９】
前記伝送する段階は、
前記データストリームを１つ以上のサブストリームに分割する段階と、
サブストリーム内のシステマティックビットとパリティビットを分離する段階と、
前記システマティックビット及びパリティビットをサブストリームに再割り当てしてデータシンボルを生成する段階と、
データシンボル内のシステマティックビットの数によってデータシンボルに優先順位を割り当てる段階と、
前記優先順位によってデータシンボルを送信アンテナにマッピングする段階と、を含むことを特徴とする請求項１に記載のデータ通信方法。
【請求項２０】
前記優先順位は、データシンボル内のシステマティックビットの数が増加するほど高くなることを特徴とする請求項１９に記載のデータ通信方法。
【請求項２１】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの相関関係によって決定されることを特徴とする請求項１９に記載のデータ通信方法。
【請求項２２】
前記送信アンテナの独立性は、前記相関関係が低くなるほど高くなることを特徴とする請求項２１に記載のデータ通信方法。
【請求項２３】
前記送信アンテナの相関関係は、送信アンテナの空間的位置に基づいて決定されることを特徴とする請求項２２に記載のデータ通信方法。
【請求項２４】
前記送信アンテナの相関関係は、前記受信側送受信器からのフィードバック情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項２２に記載のデータ通信方法。
【請求項２５】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの相関関係によって決定されることを特徴とする請求項２０に記載のデータ通信方法。
【請求項２６】
前記送信アンテナの独立性は、前記相関関係が低くなるほど高くなることを特徴とする請求項２５に記載のデータ通信方法。
【請求項２７】
前記送信アンテナの相関関係は、送信アンテナの空間的位置及び／または前記受信側送受信器路からのフィードバック情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項２６に記載のデータ通信方法。
【請求項２８】
前記データシンボルは、高い優先順位を有するデータシンボルから低い優先順位を有するデータシンボルの順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項２７に記載のデータ通信方法。
【請求項２９】
前記データシンボルは、高い独立性を有する送信アンテナから低い独立性を有する送信アンテナの順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項２８に記載のデータ通信方法。
【請求項３０】
前記フィードバック情報は、前記送信アンテナと受信アンテナ間のチャネルの固有値を含むことを特徴とする請求項２９に記載のデータ通信方法。
【請求項３１】
前記固有値は、前記受信側送受信器において、チャネル行列を求め、前記チャネル行列を分解してチャネルの関係的固有値を算出することによって求められることを特徴とする請求項３０に記載のデータ通信方法。
【請求項３２】
少なくとも２つの送受信器から構成される多重入出力無線通信システムにおいて、それぞれの送受信器は、
入力データを受け、該入力データからデータストリームを生成するチャネルコーダと、
前記データストリームから相異なる優先順位を有する１つ以上のデータシンボルを生成する信号処理ユニットと、
相異なる独立性を有し、前記データシンボルを同時に送信する複数の送信アンテナと、を含み、
前記データシンボルは、前記優先順位及び独立性によって送信アンテナにマッピングされることを特徴とする多重入出力無線通信システム。
【請求項３３】
前記信号処理ユニットは、
前記データストリームを１つ以上のサブストリームに分割する逆多重化器と、
前記サブストリームをデータシンボルに符号化するモジュレータと、から構成されることを特徴とする請求項３２に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３４】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記入力データから由来したシステマティックビットの数によって決定されることを特徴とする請求項３３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３５】
前記それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの空間的相関関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項３４に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３６】
それぞれの送信アンテナの独立性は、相手送受信器路からのフィードバック情報によって決定されることを特徴とする請求項３４に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３７】
前記データシンボルは、高い優先順位を有するデータシンボル及び高い独立性を有する送信アンテナ対から低い優先順位を有するデータシンボル及び低い独立性を有する送信アンテナ対の順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項３５に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３８】
前記データシンボルは、高い優先順位を有するデータシンボル及び高い独立性を有する送信アンテナ対から低い優先順位を有するデータシンボル及び低い独立性を有する送信アンテナ対の順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項３６に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項３９】
前記逆多重化器は、前記データストリームからシステマティックビットとパリティビットを分離するスプリッタをさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４０】
前記逆多重化器は、システマティックビットを収集するシステマティックビット収集器をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４１】
前記逆多重化器は、パリティビットを収集するパリティビット収集器をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４２】
前記逆多重化器は、
前記データストリームからシステマティックビットとパリティビットを分離するスプリッタと、
システマティックビットを収集するシステマティックビット収集部と、
パリティビットを収集するパリティビット収集器と、をさらに含むことを特徴とする請求項３３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４３】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記入力データから抽出されたシステマティックビットの数によって決定されることを特徴とする請求項４２に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４４】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの空間的相関関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項４３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４５】
それぞれの送信アンテナの独立性は、相手の送受信器からのフィードバック情報によって決定されることを特徴とする請求項４３に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４６】
前記データシンボルは、高い優先順位を有するデータシンボル及び高い独立性を有する送信アンテナ対から低い優先順位を有するデータシンボル及び低い独立性を有する送信アンテナ対の順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項４４に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４７】
前記データシンボルは、高い優先順位を有するデータシンボル及び高い独立性を有する送信アンテナ対から低い優先順位を有するデータシンボル及び低い独立性を有する送信アンテナ対の順に送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項４５に記載の多重入出力無線通信システム。
【請求項４８】
２つの送受信器間の多重入出力無線通信のためのシステムにおいて、それぞれの送受信器は、
ユーザーデータを取って前記ユーザーデータから由来するシステマティックビットにパリティビットを追加してデータストリームを生成するチャネルコーダと、
前記データストリームを１つ以上のサブストリームに分割する逆多重化器と、
システマティックビット及びリダンダンシービットを前記サブストリームに再割り当てする再割り当てユニットと、
前記サブストリームをデータシンボルに符号化するモジュレータと、
前記データシンボルを同時に送信する複数の送信アンテナと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項４９】
前記データシンボルは、データシンボルの優先順位及び送信アンテナの独立性によって送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記データシンボルに含まれているシステマティックビットの数に基づいて決定されることを特徴とする請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの空間的相関関係に基づいて決定されることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５２】
それぞれの送信アンテナの独立性は、相手の送受信器から提供されるフィードバック情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記フィードバック情報は、送信アンテナと相手の送受信器の受信アンテナ間のチャネル状態を含むことを特徴とする請求項５２に記載のシステム。
【請求項５４】
端末機と基地局間の多重入出力無線通信のためのシステムにおいて、それぞれの端末機及び基地局は、
ユーザーデータを受け、前記ユーザーデータから由来するシステマティックビットにパリティビットを追加してデータストリームを生成するチャネルコーダと、
前記データシンボル内のシステマティックビットとパリティビットを分離するスプリッタと、
前記システマティックビット及びパリティビットを再割り当てして１つ以上のサブストリームを生成する再割り当てユニットと、
前記サブストリームをデータシンボルに符号化するモジュレータと、
前記データシンボルを同時に送信する複数の送信アンテナと、
を含むことを特徴とするシステム。
【請求項５５】
それぞれのデータシンボルは、１つの優先順位が割り当てられることを特徴とする請求項５４に記載のシステム。
【請求項５６】
それぞれの送信アンテナは、１つの独立性が割り当てられることを特徴とする請求項５４に記載のシステム。
【請求項５７】
それぞれの送信アンテナは、１つの独立性が割り当てられることを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
【請求項５８】
前記データシンボルは、データシンボルの優先順位及び送信アンテナの独立性によって送信アンテナにマッピングされることを特徴とする請求項５７に記載のシステム。
【請求項５９】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、データシンボルに含まれているシステマティックビットの数によって決定されることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの空間的相関関係及び／または相手からのフィードバック情報に基づいて決定されることを特徴とする請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記フィードバック情報は、送信アンテナと相手の受信アンテナとの間のチャネル状態を含むことを特徴とする請求項６０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信システムに関し、より詳しくは、無線通信のための改善された多重入出力(multiple-input multiple-output: ＭＩＭＯ)システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線通信システムにおいて、重要な関心事のうち１つは、限定された資源及び送信電力によって無線チャネルのチャネル容量を最大化することである。
【０００３】
チャネル容量を増加させるための多様な技術中の１つとして、送信器及び受信器に複数のアンテナを採用する多重入出力処理技術は、非常に関心を集める分野である。前記多重入出力処理技術は、空間多重化(spatial multiplexing)と空間コード符号化(space-time coding)技術に分類されることができる。前記空間多重化技術では、ソースデータストリームが複数の下位ストリーム(サブストリーム)に分割されて相異なる送信アンテナを通して同時に伝送される。
【０００４】
Ｖ−ＢＬＡＳＴ(Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time)は、一般的に最もよく知られている空間多重化技術中の１つである。
【０００５】
図１は、従来技術によるＶ−ＢＬＡＳＴシステムを説明するためのブロック図である。図１に示すように、ベクトルエンコーダ１０は、一連のデータストリームを受けてＭ個のサブストリームに分割する。それぞれのサブストリームは、シンボル(symbol)にコーディングされて送信アンテナ１２に伝達される。前記送信アンテナを通して送信されたシンボルは、受信アンテナ１６によって検出される。Ｎ個の受信アンテナは、同一チャネル(co-channel)で動作し、それぞれの受信アンテナは、Ｍ個の送信アンテナから放射されたシンボルを受信する。前記サブストリームは、空間的に多少異なる位置に配置されている送信アンテナ１２から放射されるので、複数のサブストリームは相異なって散乱(scatter)する。このようなサブストリームの散乱における差が、受信器の信号処理ユニット(signal processing unit)１８が前記送信されたサブストリームを区別して復旧することを可能にする。
【０００６】
図２は、Ｖ−ＢＬＡＳＴシステムの受信器において、ダイバーシティ処理(diversity processing)を説明するためのフローチャートである。Ｍ個の送信アンテナを有する送信器が１つのベクトルシンボルをＮ個の受信アンテナを有する受信器に伝送するＶ−ＢＬＡＳＴシステムを仮定する。
【０００７】
【数１】
2005530450.tif 000003
【０００８】
が送信されたシンボルのベクトルであると、受信されたベクトル
は、次の式１によって表現されることができる。
＜式１＞
【０００９】
【数２】
2005530450.tif 000004
【００１０】
ここで、
【００１１】
【数３】
2005530450.tif 000005
【００１２】
は、行列チャネル伝送関数で、
【００１３】
【数４】
2005530450.tif 000006
【００１４】
は、雑音ベクトルである。また、送信アンテナjから受信アンテナiへの伝送関数はｈi,jである。前記行列チャネル伝送関数は、受信器において推定される。
【００１５】
前記Ｍ個の送信アンテナによって送信されたシンボル(ａ１,ａ２, ．．．,ａＭ：Ｍ×１ベクトル)は、相異なるチャネルｈi,jを通してＮ個の受信アンテナによって受信される。
【００１６】
Ｎ個のアンテナを通して受信されたシンボルは、受信器の信号処理ユニットにおいて信号検出アルゴリズムによって処理される。それぞれの受信アンテナを通して検出されたシンボルベクトル
【００１７】
【数５】
2005530450.tif 000007
【００１８】
は、式
【００１９】
【数６】
2005530450.tif 000008
【００２０】
によって処理される。それぞれの送信アンテナを通して送信されたシンボルを検出するために、それぞれの受信アンテナを通して受信されたシンボルベクトルは、加重値ベクトル
【００２１】
【数７】
2005530450.tif 000009
【００２２】
とかけられる。
【００２３】
Ｍ個のシンボルはＭ個の送信アンテナによって送信されるので、それぞれのシンボルを検出するためには、Ｍ個の加重値が必要である。加重値は、一般的に以下の式２によって表現される。
＜式２＞
【００２４】
【数８】
2005530450.tif 000010
【００２５】
ここで、
【００２６】
【数９】
2005530450.tif 000011
【００２７】
は、
【００２８】
【数１０】
2005530450.tif 000012
【００２９】
のｊ番目の列ベクトル(column vector)である。式２で、加重値
【００３０】
【数１１】
2005530450.tif 000013
【００３１】
と列ベクトル
【００３２】
【数１２】
2005530450.tif 000014
【００３３】
との乗算の結果値は、前記ｉ番目の加重値が行列のｉ番目の列ベクトルと掛けられる時のみに１になる。その以外の場合の結果値は、０になる。言い換えると、ｉ番目のシンボルを除いた他のシンボルは、干渉信号と見なされて消滅される。前記シンボルは、順序化された連続検出手順によって段階的に抽出される。このように、１つのシンボルが検出されると、その後、該シンボルの寄与は、受信されたシンボルベクトルから差し引きされる。従って、
【００３４】
【数１３】
2005530450.tif 000015
【００３５】
の条件が成立する。
式２を満足する加重値は、次のような手順を経て求められる。
【００３６】
それぞれの受信アンテナを通して受信されたシンボルベクトルは、次の式３によって表現されることができる。
＜式３＞
【００３７】
【数１４】
2005530450.tif 000016
【００３８】
送信されたシンボルは、相異なるパスを通してそれぞれの受信アンテナによって受信され、前記受信されたシンボルベクトルは、式３の一次多項式によって表現される。
【００３９】
例えば、１番目のシンボルは、前記受信されたシンボルベクトルと、２番目ないしＭ番目のシンボルを無効化し得る加重値とをかけることによって検出される。このような検出プロセスは、Ｍ個の送信アンテナから送信されたシンボルを抽出するためにＭ回反復される。正しいシンボルを検出するためには、加重値が適切に更新されるべきである。
【００４０】
従来のＶ−ＢＬＡＳＴシステムのための検出アルゴリズムは、次の式４によって簡単に表すことができる。
＜式４＞
【００４１】
【数１５】
2005530450.tif 000017
【００４２】
ここで＋は、ムーアペンローズ擬似逆行列(Moore-Penrose pseudoinverse)を示す。
行列
【００４３】
【数１６】
2005530450.tif 000018
【００４４】
の行ベクトルのうち、ベクトルノーム(vector norm)が最小である行ベクトルが抽出され、該抽出されたＫ番目の行ベクトルはＫ番目の送信アンテナによって送信されたシンボルを検出するための加重値
【００４５】
【数１７】
2005530450.tif 000019
【００４６】
として選択される。
【００４７】
従って、Ｋ番目のアンテナによって送信されたシンボルａｋは、受信されたベクトル
【００４８】
【数１８】
2005530450.tif 000020
【００４９】
に加重値
【００５０】
【数１９】
2005530450.tif 000021
【００５１】
をかけて送信器において使用された同一変調方式(例： ＱＰＳＫ、ＱＡＭなど)を利用して符号化することによって検出される。
【００５２】
一旦、Ｋ番目のアンテナを通して送信されたシンボルが検出されると、次の式５に示すように、そのシンボルの寄与は、式３によって表現される受信シンボルベクトルから減算される。
＜式５＞
【００５３】
【数２０】
2005530450.tif 000022
【００５４】
ここで、
【００５５】
【数２１】
2005530450.tif 000023
【００５６】
は、２番目の更新作業のための受信ベクトルである。
【００５７】
２番目の加重値を求めるための２番目の行列
【００５８】
【数２２】
2005530450.tif 000024
【００５９】
は、
【００６０】
【数２３】
2005530450.tif 000025
【００６１】
行列中Ｋ番目の行の成分が全て０である行列のムーアペンローズ擬似逆行列になり、次の式６によって表現される。
＜式６＞
【００６２】
【数２４】
2005530450.tif 000026
【００６３】
ここで、
【００６４】
【数２５】
2005530450.tif 000027
【００６５】
は、Ｋ番目の行の成分が全て０である
【００６６】
【数２６】
2005530450.tif 000028
【００６７】
行列のムーアペンローズ擬似逆行列である。
前記
【００６８】
【数２７】
2005530450.tif 000029
【００６９】
行列の行ベクトル中、ベクトルノーム(vector norm)が最小である行ベクトルが抽出され、このＶ番目の行ベクトルがＶ番目の送信アンテナによって送信されたシンボルを検出するための加重値
【００７０】
【数２８】
2005530450.tif 000030
【００７１】
として選択される。
【００７２】
従って、Ｖ番目の送信アンテナによって送信されたシンボルａｖは、受信されたベクトル
【００７３】
【数２９】
2005530450.tif 000031
【００７４】
に加重値
【００７５】
【数３０】
2005530450.tif 000032
【００７６】
をかけて送信器で使用された変調方式と同一変調方式(例:ＱＰＳＫ、ＱＡＭなど)を利用して符号化することによって検出される。
【００７７】
一旦、Ｖ番目のアンテナを通して送信されたシンボルが検出されると、次の式７ に示すように、そのシンボルの寄与は、式５によって表現される受信シンボルベクトルから減算される。
＜式７＞
【００７８】
【数３１】
2005530450.tif 000033
【００７９】
ここで、
【００８０】
【数３２】
2005530450.tif 000034
【００８１】
は、３番目の更新作業のための受信ベクトルである。
【００８２】
このような検出手順は、Ｍ個の送信アンテナによって送信されたそれぞれの送信シンボルを検出するために反復される。
【００８３】
前述したように、ＭＩＭＯシステムにおいて、一連のデータストリームは、複数のサブストリームに分割されて同時に並列に配置された送信アンテナを通して送信される。全てのサブストリームは、複数の受信アンテナによって受信されて精巧な信号処理を通じて元来のデータストリームに復旧される。
【００８４】
受信されたサブストリームから元来のデータストリームを復旧するために、前記サブストリームは、送信器と受信器間の多重経路を通して伝送される間、相互独立性を維持すべきである。
しかしながら、前記受信アンテナはもちろん送信アンテナ間にも多少の相関関係(correlation)が存在するので、それぞれのサブストリームが独立的に伝送されることを期待することはむずかしい。
【００８５】
また、従来のＭＩＭＯシステムは、限定された帯域幅ゆえに送信アンテナの数だけ充分の独立経路を提供し得ない可能性もある。言い換えると、前記サブストリームがチャネル容量を超過させる複数のアンテナによって送信された場合、サブストリームの伝送経路の独立性を保障できないため、受信器は、前記それぞれのサブストリームを成功的に受信できなくなる。
【００８６】
従って、伝送経路の独立性が壊れる場合も、チャネル状況に適応して受信信号を処理し得る改善された信号処理技術が必要になった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００８７】
本発明は、前述したような問題点を解決するために提案され、本発明の目的は、データを分割されたサブストリーム形態でチャネル状態及びシンボルの優先順位を考慮して複数の伝送経路を通して伝送することにより、チャネル容量を増加させ、受信データの信頼性を向上し得る多重入出力システム及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００８８】
このような目的を達成するために、本発明による多重入出力無線通信システムにおいて、２つのトランシーバ間のデータ通信方法は、１つのデータストリームに対応する１つ以上のデータシンボルを、送信アンテナの独立性及びデータシンボルの優先順位を考慮して複数の送信アンテナを通して同時に伝送し、受信側送受信器の複数の受信アンテナを通して前記データシンボルを受信し、該受信されたデータから前記データストリームを復旧することを特徴とする。
データストリームは、システマティックビット(systematic bit)及びパリティビット(parity bit)から構成され、それぞれのデータシンボルの優先順位は、前記データシンボルに含まれているシステマティックビットの数によって決定される。前記優先順位は、前記データシンボル内のシステマティックビットの数がに増加するほど高くなる。それぞれの送信アンテナの優先順位は、他の送信アンテナとの相関関係によって決定される。送信アンテナの独立性は、前記相関関係が減少するほど高くなる。
【００８９】
このような目的を達成するために、端末機と基地局間の多重入出力無線通信のためのシステムにおいて、それぞれの端末機及び基地局は、ユーザーデータを受け、前記ユーザーデータから由来するシステマティックビットにパリティビットを追加してデータストリームを生成するチャネルコーダと、前記データシンボル内のシステマティックビットとパリティビットを分離するスプリッタと、前記システマティックビットとパリティビットを再割り当てして１つ以上のサブストリームを生成する再割り当てユニットと、前記サブストリームをデータシンボルに符号化するモジュレータと、前記データシンボルを同時に送信する複数の送信アンテナと、を含む。
【００９０】
それぞれのデータシンボルは、１つの優先順位が割り当てられ、それぞれの送信アンテナは、１つの独立性が割り当てられ、前記データシンボルは、データシンボルの優先順位及び送信アンテナの独立性によって送信アンテナにマッピングされる。
【００９１】
それぞれのデータシンボルの優先順位は、データシンボルに含まれているシステマティックビットの数によって決定され、それぞれの送信アンテナの独立性は、他の送信アンテナとの空間的相関関係及び／または相手からのフィードバック情報に基づいて決定される。前記フィードバック情報は、送信アンテナと相手の受信アンテナとの間のチャネル状態を含む。
【発明の効果】
【００９２】
本発明による改善されたＭＩＭＯシステム及び方法において、ユーザーデータは、複数のシンボルに分割され、送信及び受信アンテナ間のチャネルの状態及びシンボルの優先順位を考慮して複数の送信アンテナを通して同時に伝送されるため、チャネル容量を増加させ、データ伝送の信頼性を向上させることで、結果的にシステム容量を極大化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００９３】
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施形態を説明する。
【００９４】
図２は、本発明の一実施形態によるＭＩＭＯシステムを説明するためのブロック図である。
【００９５】
図２に示すように、本発明によるＭＩＭＯシステムは、Ｍ個の送信アンテナを装着した送信器３０及びＮ個の受信アンテナを装着した受信器４０を含み、受信アンテナの数は、送信アンテナの数より大きいか、同一であると仮定する(Ｎ≧Ｍ)。
【００９６】
図２で、本発明の望ましい実施形態によるＭＩＭＯシステムの送信器３０は、ユーザーデータを受け、受信器が前記送信データを復旧するようにするために付加情報を追加するチャネルコーダ３１と、複数の送信アンテナ３７と、チャネルコーダ３１から出力されるデータストリームを１つ以上のサブストリームに分割し、該サブストリームからシンボルを生成する信号処理ユニット３３と、からなる。前記シンボルは、送信アンテナ３７のチャネル状態及びシンボルの優先順位を考慮して適当な送信アンテナにマッピングされる。
【００９７】
また、逆多重化器３５は、前記データストリームからシステマティックビット及びパリティビットをそれぞれ収集するシステマティックビット収集器３５ａとパリティビット収集器３５ｂを含む。
【００９８】
信号処理ユニット３３は、前記データストリームを複数の独立サブストリームに分割するための逆多重化器３５と、それぞれのサブストリームを送信シンボルに符号化して対応する送信アンテナ３７にマッピングするためのモジュレータ３６と、からなる。
【００９９】
前述したように構成された送信器３０において、ユーザーデータがチャネルコーダ３１に入力されると、チャネルコーダ３１は、前記入力データに対して符号化(coding)、穿孔(puncturing)、フォーマッティング(formatting)などの色々な処理過程を遂行することで、受信されたデータストリームが許容可能な程度のエラーを含んでいる限り、受信器４０は受信されたデータストリームからデータを復号化し得るようになる。
【０１００】
本発明の望ましい実施形態では、ターボコードがチャネルコーディングのために使用される。
図３は、１／３コーディング率の典型的なターボコードエンコーダを示すブロック図である。
図３に示すように、ターボコードエンコーダ５０のコーディング方式は、１対の８ステート構成符号器(8-state constituent encoder)５２ａ及び５２ｂと１つの内部ターボコードインターリバー５４による並列連接畳み込み符号(Parallel Concatenated Convolutional Code: ＰＣＣＣ)である。このような形態のエンコーダは、現在３ＧＰＰ標準に含まれている。
【０１０１】
ターボコードエンコーダ５０の出力は、ｘ１、ｚ１、ｚ'１、ｘ２、ｚ２、ｚ'２、．．．、ｘＫ、ｚＫ、ｚ'Ｋに表現され、ここで、ｘ１、ｘ２、．．．、ｘＫは、前記ターボコードエンコーダに入力されたビットであり、Ｋはビット数、ｚ１、ｚ２、．．．、ｚｋとｚ'１、ｚ'２、．．．、ｚ'ｋは、それぞれ第１及び第２構成符号器５２ａ、５２ｂから出力されるビットである。前記ビットｘｉ(ｉ＝１−Ｋ)は、システマティックビットと呼ばれ、ｚｉ(ｉ＝１―Ｋ)及びｚ'ｉ(ｉ＝１−Ｋ)は、パリティビットと呼ばれる。
【０１０２】
ターボコードエンコーダ５０は、１ビットが入力されたとき、１つのシステマティックビット、及びそれぞれ第１及び第２構成符号器５２ａ及び５２ｂによって発生する２つのパリティビットを出力するので、ターボコードエンコーダ５０の符号率(code rate)は１／３になる。勿論、システマティックビットは、パリティビットより重要である。
【０１０３】
前述したように、入力データは、チャネルコーダ３１によってチャネルコーディングされて、システマティックビット及びパリティビットから構成される１つのデータストリームとして出力される。前記システマティックビットは、原本データの一部であり、前記パリティビットは、受信器でのエラー訂正のためのものである。
【０１０４】
ターボコードエンコーダ５０の出力データストリームは、逆多重化器３５によって１つ以上のサブストリームに分割され、それぞれのサブストリームは、送信シンボルに符号化され、シンボル優先順位及び送信アンテナのチャネル状態を考慮してモジュレータ３６によって送信アンテナ３７中の１つにマッピングされる。
【０１０５】
前記データストリームをサブストリームに分離させる間、前記システマティックビットとパリティビットは完全に分離され、システマティックビット収集器３５ａとパリティビット収集器３５ｂによって収集される。さらに、このように分離され収集されたシステマティックビットとパリティビットは、相異なるサブストリームに割り当てられる。また、特定数字のシステマティックビット及びパリティビットがそれぞれのサブストリームの所定位置に割り当てられることもできる。サブストリームを構成するビット数が小さいと、前記サブストリームはパディング(padding bits)を有する。
【０１０６】
前記シンボルの優先順位は、シンボルに含まれている前記システマティックビットの数によって決定され、シンボルに含まれているシステマティックビットの数が多ければ多いほど、シンボルの優先順位は高くなる。
【０１０７】
高い優先順位を有するシンボルは、フェーディング(fading)相関関係が少ない送信アンテナ、即ち、フェーディング側面で他の送信アンテナよりもっと独立的に位置した送信アンテナにマッピングされる。
【０１０８】
当然、低い優先順位を有するシンボルはフェーディング相関関係の高い送信アンテナにマッピングされる。
【０１０９】
言い換えると、シンボル−送信アンテナマッピングは、高い優先順位を有するシンボル及び低いフェーディング相関関係を有する送信アンテナ対から低い優先順位を有するシンボル及び高いフェーディング相関関係を有する送信アンテナ対の順序に遂行される。
【０１１０】
図４は、本発明によってシンボルがどのように該当送信アンテナにマッピングされるかを示す概念図である。
【０１１１】
図４で、６つのシンボルがモジュレータ３６によって生成され、受信側からのフィードバック情報に基づいて独立性を決定する８つの送信アンテナがあると仮定する。
【０１１２】
シンボル中、シンボル＃１及びシンボル＃２は、２つともシステマティックビットのみから構成されているため、高い優先順位を有する。反面、シンボル＃３、＃４、＃５、及び＃６は、パリティビットのみから構成されているため、低い優先順位を有する。
【０１１３】
＃１ないし＃８までの送信アンテナ(Ｔｘ ａｎｔ)は、それぞれ１,５,２,３,４,２,５,１の相関関係レベルを有する(１は、最も低い相関関係レベルで、５は、最も高い相関関係レベルである)。
前記シンボル＃１及びシンボル＃２は、高い優先順位を有するので、低い相関関係レベルを有するＴｘａｎｔ＃１及びＴｘ ａｎｔ＃８にそれぞれマッピングされる。また、＃３ないし＃６までのシンボルは、相関関係レベル２のＴｘａｎｔ＃３、相関関係レベル２のＴｘ ａｎｔ＃６、相関関係レベル３のＴｘ ａｎｔ＃４、相関関係レベル４のＴｘ ａｎｔ＃５にそれぞれ順にマッピングされる。
【０１１４】
適当な送信アンテナにマッピングされた後、前記シンボルは、同時に独立的に送信されて受信アンテナによって受信検出される。
【０１１５】
受信器４０は、送信アンテナ３７を通して送信されたシンボルを受信するための複数の受信アンテナ４１、前記受信されたシンボルを処理するための検出／復号化ユニット４３、及び前記処理されたシンボルから原本データを復旧するための多重化器４５からなる。
【０１１６】
このように構成された受信器４０において、前記送信アンテナから送出されたシンボルが受信アンテナ４１によって受信されると、検出／復号化ユニット４３は、ＺＦ(Zero Forcing)、ＭＭＳＥ(Minimum-Mean-Square-Error)、またはＶ−ＢＬＡＳＴのような信号検出アルゴリズムを利用して前記連続的にシンボルを検出してサブストリームに復号化する。復号化が終了すると、前記サブストリームは、多重化器４５によって送信された順序によって原本データストリームに再割り当て及び多重化され、送信器から送出されたものと同一のデータストリームとして出力される。
【０１１７】
以下、前述したように構成されたＭＩＭＯシステムの動作を図５ないし図７を参照して説明する。
【０１１８】
図５は、本発明の望ましい実施形態よるデータ通信方法のデータ送信手順を説明するためのフローチャートである。
【０１１９】
図５で、１つのユーザーデータが受信器３０のチャネルコーダ３１に入力されると(Ｓ５０１)、前記データは、チャネルコーディングされて１つのデータストリームとして出力される(Ｓ５０２)。チャネルコーディングが終了すると、前記データストリームは１つ以上のサブストリームに逆多重化され(Ｓ５０３)、前記データストリームを構成するシステマティックビット及びパリティビットは、分離されてシステマティックビット収集器３５ａ及びパリティビット収集器３５ｂによって収集される(Ｓ５０４)。このように収集されたシステマティックビット及びパリティビットは、サブストリームに再配列される(Ｓ５０５)。また、それぞれのサブストリームは、送信シンボルに符号化され(Ｓ５０６)、前記シンボルに含まれているシステマティックビットの数によって適切な送信アンテナに割り当てられる(Ｓ５０７)。送信アンテナに割り当てられた後、前記シンボルは、送信アンテナを通して送信される(Ｓ５０８)。
【０１２０】
図６は、図５で、データストリームを逆多重化する方法を示すフローチャートである。
【０１２１】
一旦、前記データストリームがチャネルコーダ３１から受信されると、逆多重化器３５は、前記データストリームからシステマティックビットとパリティビットを分離する(Ｓ６０１)。その後、逆多重化器３５は、システマティックビットのみから形成されたシステマティックサブストリーム及びパリティビットのみから形成されたリダンダンシーサブストリームを生成する(Ｓ６０２)。結果的に、逆多重化器３５は、前記サブストリームに含まれたシステマティックビットの数によって各サブストリームに優先順位を割り当てる(Ｓ６０３)。
【０１２２】
前記データストリームをサブストリームに分割する間、前記システマティックビット及びパリティビットは、それぞれのサブストリームに再配置される。例えば、前記システマティックビット及びパリティビットは、完全に分離されて相異なるサブストリームに再分配される。また、特定数のシステマティックビット及びパリティビットがそれぞれのサブストリームの特定位置に割り当てられることも可能である。
【０１２３】
図７は、本発明の望ましい実施形態によるデータ通信方法のデータ受信手順を説明するためのフローチャートである。
【０１２４】
図７で、前記送信アンテナ３７によって送信されたシンボルが受信器４０の受信アンテナ４１によって受信されると(Ｓ７０１)、検出／復調ユニット４３によって全てのシンボルが検出されてサブストリームに復調され(Ｓ７０２)、前記データストリームの送信順序によって再整列される(Ｓ７０３)。次いで、前記再整列されたサブストリームは多重化器４５によって前記データストリームに多重化され(Ｓ７０４)、送信された原本データとして出力される(Ｓ７０５)。
【０１２５】
それぞれのサブストリームのシステマティックビット及びパリティビットが送信される前に再配置された場合、前記受信されたサブストリームを再整理する間、前記検出／復調ユニット４３は前記サブストリームを前記システマティックビット及びパリティビットが再配置される前の状態に復旧する。
【０１２６】
図８は、本発明の他の実施形態によるＭＩＭＯシステムを説明するためのブロック図である。
第２実施形態によるＭＩＭＯシステムは、受信器が送信器にチャネル状態を提供するためのフィードバックモジュール(feedback module)を備えている点を除くと、第１実施形態と同一である。
【０１２７】
図８に示すように、本発明の第２実施形態によるＭＩＭＯシステムの受信器４０は、チャネル行列Ｈを推定するための推定器(estimator)４７、及び前記チャネル行列Ｈを分解(decomposition)し、送信器３０と受信器４０間のチャネルの固有値(eigenvalue)を計算し、該計算された固有値を送信器３０フィードバックする固有分解器４８をさらに含む。
【０１２８】
言い換えると、送信器３０は、相異なる優先順位を有する送信シンボルを送信アンテナ３７にマッピングするために、送信アンテナと受信アンテナ間の順方向チャネルの状態を認知すべきであるので、受信器４０は、順方向チャネルを推定し、順方向チャネルの固有値を計算してフィードバックチャネルを通して送信器３０に伝送する。従って、送信器３０は、受信器４０から受信された固有値によって順方向チャネルの独立性を認識し、高い優先順位のシンボルは高い独立性を有する順方向チャネルと関連した送信アンテナにマッピングすることができる。
【０１２９】
以下、順方向チャネル状態情報がどのように求められるかを説明する。
【０１３０】
それぞれの順方向チャネルの状態情報を求めるために、受信器は、送信アンテナと受信アンテナ間のＭ×Ｎチャネル行列Ｈを推定する。前記チャネル行列Ｈは、以下のように、全てのチャネルに対して分解される。
＜式８＞
【０１３１】
【数３３】
2005530450.tif 000035
【０１３２】
ここで、
【０１３３】
【数３４】
2005530450.tif 000036
【０１３４】
は、正方行列(square matrix)でないので、自体としては固有値分解されない。従って、固有値分解は
【０１３５】
【数３５】
2005530450.tif 000037
【０１３６】
に対して行われる。ここで、Ｈは、エルミート(Hermitian)演算子で、
【０１３７】
【数３６】
2005530450.tif 000038
【０１３８】
及び
【０１３９】
【数３７】
2005530450.tif 000039
【０１４０】
は、それぞれ行列
【０１４１】
【数３８】
2005530450.tif 000040
【０１４２】
の一般固有値及び一般固有ベクトル(eigenvector)である。
【０１４３】
固有ベクトルは、直交性があるため、固有値分解を通じて求められる
の熱ベクトルも直交性を有する。前記
は、式９によって分解(decomposition)され、該分解結果はＭ×Ｍ行列である。
＜式９＞
【０１４４】
【数３９】
2005530450.tif 000041
【０１４５】
前記固有分解を通じて固有値が求めれた後、前記固有値は、高い値から低い値に配列される。従って、送信アンテナと受信アンテナ間のチャネルの独立性は、それぞれの送信アンテナに対応する固有値によって決定される。
【０１４６】
図９は、本発明の第２実施形態によるデータ通信方法のチャネル状態情報フィードバック過程を説明するためのフローチャートである。
【０１４７】
図９に示すように、前記受信器がシンボルを受信すると(Ｓ９０１)、受信器のチャネル推定器４７は、受信されたシンボルを利用して送信アンテナと受信アンテナ間の順方向チャネルを推定し、推定結果を固有分解器(eigen decomposer)４８に送る(Ｓ９０２)。前記固有分解器４８は、チャネル推定器４７から受けた推定結果に基づいて全ての順方向チャネルの固有値を算出する(Ｓ９０３)。前記順方向チャネルの固有値が求められると、固有分解器４８は、前記固有値を最大値から最小値の順に配列し(Ｓ９０４)、フィードバックチャネルを通して配列された固有値をチャネル状態情報として送信器に伝送する(Ｓ９０５)。
【０１４８】
こうすることによって、送信器３０は、送信アンテナと受信アンテナ間の順方向チャネルの独立性を認知するようになり、それぞれのシンボルを順方向チャネルの独立性に基づいて適当な送信アンテナにマッピングする。
【図面の簡単な説明】
【０１４９】
【図１】従来技術によるＶ−ＢＬＡＳＴシステムを説明するためのブロック図である。
【図２】本発明の望ましい一実施形態によるＭＩＭＯシステムを説明するためのブロック図である。
【図３】図２のＭＩＭＯシステムに適用される１／３コード率を有するターボコードエンコーダを示す図である。
【図４】本発明によってシンボルがどのように該当送信アンテナにマッピングされるかを示す概念図である
【図５】本発明の望ましい実施形態によるデータ通信方法のデータ送信手順を説明するためのフローチャートである。
【図６】図５で、データストリームを逆多重化する方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の望ましい実施形態によるデータ通信方法のデータ受信手順を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の他の実施形態によるＭＩＭＯシステムを説明するためのブロック図である。
【図９】本発明の他の実施形態によるデータ通信方法のチャネル状態情報フィードバック手順を説明するためのフローチャートである。
【図１】
2005530450.tif 000042
【図２】
2005530450.tif 000043
【図３】
2005530450.tif 000044
【図４】
2005530450.tif 000045
【図５】
2005530450.tif 000046
【図６】
2005530450.tif 000047
【図７】
2005530450.tif 000048
【図８】
2005530450.tif 000049
【図９】
2005530450.tif 000050
【国際調査報告】
2005530450.tif 000051