(57)【要約】本発明による移動通信システムの信号伝送方法及び装置は、アンテナ間の独立性及び相関性を同時に利用するように具現され、一般的にアンテナ間の独立性のみを利用した従来のシステムの性能を大きく改善した。従来のシステムは、アンテナ間の相関がシステム性能の障害になったが、本発明によるＭＩＭＯシステムは、アンテナ間の相関性を利用してアンテナ間の独立性による利得及びアンテナ間の相関性により得られる利得を得ることができるので、システム性能をより向上させることができる。このために本発明は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、各シンボルに対してビーム形成を遂行して伝送する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重アンテナを利用する移動通信システムであって、
シンボルに対してビーム形成を遂行する段階と、
ビーム形成された信号を複数の送信アンテナを通じて伝送する段階と、
から構成されることを特徴とする移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項２】
前記ビーム形成は、各シンボルにウェイトベクトルを乗算することによって遂行されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項３】
前記ウェイトベクトルは、受信端からフィードバックされた固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）であることを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項４】
前記ウェイトベクトルは、送信端において計算された固有ベクトルであることを特徴とする請求項２に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項５】
前記各シンボルは、多重化されたシンボルであり、固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）によりパワーが調整されることを特徴とする請求項１に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項６】
前記固有値は、送信端において計算されるか、受信端からフィードバックされた値であることを特徴とする請求項５に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項７】
多重アンテナを利用する移動通信システムであって、
受信端からウェイトベクトルを受信する段階と、
各シンボルとウェイトベクトルを乗算してビーム形成を遂行する段階と、
ビーム形成された信号を各送信アンテナを通じて伝送する段階と、
から構成されることを特徴とする移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項８】
前記ウェイトベクトルは、固有ベクトルであることを特徴とする請求項７に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項９】
受信端から固有値を受信する段階と、
受信された固有値を利用して各シンボルのパワーを調整する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１０】
多重アンテナを利用する移動通信システムであって、
受信端からチャネル行列を受信する段階と、
前記チャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を計算する段階と、
各シンボルと固有ベクトルを乗算してビーム形成を遂行する段階と、
前記ビーム形成された信号を各送信アンテナを通じて伝送する段階と、
から構成されることを特徴とする移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１１】
前記計算された固有値を利用して各シンボルのパワーを調整する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１２】
多重アンテナを利用する移動通信システムであって、
順次に入力されたシンボルを多重化する多重化器と、
多重化された各シンボルにビーム形成を遂行するビーム形成部と、
ビーム形成された信号を伝送する複数の送信アンテナと、
から構成されることを特徴とする移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項１３】
伝送された信号を収集する複数の受信アンテナと、
収集された信号から送信ベクトルを推定するベクトル推定部と、
推定された送信ベクトルにビーム形成を遂行して送信シンボルを検出するシンボル検出器と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項１４】
前記ベクトル推定部は、ゼロ−フォーシング（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）方法を利用して送信ベクトルを推定することを特徴とする請求項１２に記載の移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項１５】
前記収集された信号からチャネル行列を推定するチャネル推定部と、
推定されたチャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を送信端にフィードバックする固有分離部と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項１６】
前記ビーム形成部は、送信される各シンボルにウェイトベクトルを乗算してビーム形成を遂行することを特徴とする請求項１２に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１７】
前記ウェイトベクトルは、受信端からフィードバックされた固有ベクトルであることを特徴とする請求項１６移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１８】
前記ウェイトベクトルは、送信端において計算された固有ベクトルであることを特徴とする請求項１６に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項１９】
前記ビーム形成部は、固有値を利用して各シンボルのパワーを調整することを特徴とする請求項１２に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項２０】
前記固有値は、送信端において計算されるか、受信端からフィードバックされた値であるこをを特徴とする請求項１９に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【請求項２１】
多重アンテナを利用する移動通信システムであって、
順次に入力されたシンボルを多重化する多重化器と、
受信端からフィードバックされたチャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を計算する固有分離部と、
計算された固有ベクトルを利用して各シンボルにビーム形成を遂行するビーム形成部と、
ビーム形成された信号を伝送する複数の送信アンテナと、から構成されることを特徴とする移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項２２】
伝送された信号を収集する複数の受信アンテナと、
収集された信号から送信ベクトルを推定するベクトル推定部と、
推定された送信ベクトルにビーム形成を遂行して送信シンボルを検出するシンボル検出器と、
収集された信号からチャネル行列を推定して送信端にフィードバックするチャネル推定部と、をさらに含むことを特徴とする請求項２１に記載の移動通信システムにおける信号伝送装置。
【請求項２３】
前記ビーム形成部は、固有値を利用して各シンボルのパワーを調整することを特徴とする請求項２１に記載の移動通信システムにおける信号伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動通信システムに関し、特に多重アンテナを利用する移動通信システムにおける信号伝送方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、無線移動通信市場の急成長により無線環境での多様なマルチメディアサービスが要求され、特に、伝送データの大容量化及びデータ伝送の高速化が進行されている。従って、限定された周波数の効率的な使用を可能にする方法を探すことが最も至急な課題である。従って、この課題を解決するために、多重アンテナを利用した新しい伝送技術が必要になり、その一例として、多重アンテナを利用したＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｉｎｐｕｔ  ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｏｕｔｐｕｔ）システムが使用されている。  
【０００３】
図１は、ＭＩＭＯシステムが採択された一般的な移動通信システムの一例を示す。
【０００４】
図１に示すように、従来のＭＩＭＯ移動通信システムは、複数の送信アンテナ１２と、順次に発生された送信データ（シンボル）を各送信アンテナ１２に送信するベクトルインコーダー（ｖｅｃｔｏｒ  ｅｎｃｏｄｅｒ）１０と、複数の受信アンテナ１４と、受信アンテナ１４を通じて受信されたデータをＶ−ＢＬＡＳＴ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｂｅｌｌ  Ｌａｂｓ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）方式で処理して送信データを推定及び復号するＶ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６とを含む。
【０００５】
前記ベクトルインコーダー１０は、順次に発生された送信データを直並列（ｓｅｒｉａｌ−ｔｏ−ｐａｒａｌｌｅｌ）方式で変換して各送信アンテナ１２に送信する。
【０００６】
前記Ｖ−ＢＬＡＳＴ方式は、多重アンテナを利用するＭＩＭＯ移動通信システムの伝送技術の一種であり、Ｍ個の送信アンテナ１２及びＮ個の受信アンテナ１４が使用される。図１には、４個の送信アンテナ１２が使用されているが、これに限定されず、２個以上任意に設定することができる。
【０００７】
以下、このように構成された一般のＭＩＭＯ移動通信システムの信号処理動作を説明する。
【０００８】
ベクトルインコーダー１０は、送信データに対して送信品質の向上のための別途の信号処理を遂行せずに、単純に送信データ（ａ１−ａ４）を並列的に処理して各送信アンテナ１２に送信し、送信アンテナ１２は、それぞれ異なる送信データを空中に送信する。
【０００９】
また、各受信アンテナ１４を通じて受信されたデータはＶ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６に入力され、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、適切な信号処理、つまり、Ｖ−ＢＬＡＳＴ方式の信号処理を遂行して送信データ（ａ１−ａ４）を検出する。
【００１０】
以下、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６の動作をより詳細に説明する。
【００１１】
送信アンテナアレイの送信アンテナ１２が相違なる送信データ（送信シンボル）を送信すると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、受信アンテナアレイの各受信アンテナ１６から受信信号を受信して受信データベクトル（受信ベクトル）を構成する。次に、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、前記受信ベクトルを利用して送信シンボルを検出する。
【００１２】
この場合、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、特定送信アンテナが送信した送信シンボルを検出する間、他の送信アンテナ１２が送信した送信シンボルを干渉信号とみなす。
【００１３】
従って、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、各受信アンテナ１４のウェイトベクトル（ｗｅｉｇｈｔ  ｖｅｃｔｏｒ）を各送信アンテナ１２から送信された各シンボルに対して計算すると同時に、先に検出されたシンボル成分を前記受信ベクトルから差し引くことで、各シンボルの影響を最小化すると共に各シンボルを推定する。
【００１４】
図２は、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６による送信シンボルの推定方法を示すフローチャートである。
【００１５】
まず、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、各受信アンテナ１４を通じて受信された信号を受信ベクトルとして構成する（Ｓ１１）。
【００１６】
一例として、Ｍ個の送信アンテナ１２及びＮ個の受信アンテナ１４を有するＭＩＭＯ移動通信システムの場合、Ｍ個の送信アンテナ１２を通じて送信された信号ベクトル（送信ベクトル）をａと言い、前記送信ベクトルが伝送される移動通信チャネル行列（チャネル行列）をＨと言うとき、前記受信ベクトル（ｒ）は、式１のように示すことができる。
ｒ  ＝  Ｈ  ×  ａ  ＋  ｖ  −−−−−−−−−−−−  式（１）
このとき、前記チャネル行列（Ｈ）は、Ｍ個の送信アンテナ１２から伝送された送信信号がそれぞれ異なる経路を経てＮ個の受信アンテナ１４に受信されるので、Ｎ×Ｍ行列で表すことができる。さらに、前記チャネル行列（Ｈ）は、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６によって推定を通じて得られる。そして、前記ｖは、ガウス雑音であり、各受信アンテナ１４に誘起されるので、Ｎ×１ベクトルになる。
【００１７】
結局、Ｍ個の送信アンテナ１２を通じて伝送された信号（ａ１，ａ２，．．，ａｍ、つまり、Ｍ×１送信ベクトル）は、それぞれ異なる通信チャネル（ｈｉ，ｊ）を経るようになり、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｎ個の受信アンテナ１４を通じて前記信号を受信する。
【００１８】
従って、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、各送信アンテナ１２を通じて受信されたそれぞれの信号に対してウェイトベクトル（Ｗｅｉｇｈｔ  ｖｅｃｔｏｒ）を計算した後、その計算された各ウェイトベクトル及び前記受信ベクトルを利用して各送信アンテナ１２から伝送されたシンボルを推定する。
【００１９】
まず、前記ウェイトベクトルを計算するための方法を説明する。
【００２０】
Ｍ個の送信アンテナ１２から送信されたシンボルを受信端が検出するためには、Ｎ個の受信アンテナにウェイトベクトルを乗算し、ここで、前記ウェイトベクトルをｗと定義する。Ｍ個の送信アンテナ１２を通じてはそれぞれ異なるシンボルが送信されるので、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６において前記送信シンボルを検出するためにはＭ個のウェイトベクトルが必要になる。このとき、前記ウェイトベクトル（ｗ）は、以下のような性質を満足すべきである。
【００２１】
【数１】
2005521327.tif 000003
この場合、前記Ｈｊは、チャネル行列（Ｈ）のｊ番目の列ベクトルを示し、前記チャネル行列（Ｈ）は、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６によって推定されることができる。
【００２２】
式２で、ｉ番目の送信アンテナから送信されたシンボルを検出するために該当受信ベクトルに乗算されるべきウェイトベクトル（ｗｉ）は、チャネル行列（Ｈ）のｉ番目の列ベクトルとの乗算のみに対して「１」を有し、チャネル行列（Ｈ）の残りの列ベクトルとの乗算に対しては「０」を有するという性質を有する。つまり、式２は、ｉ番目の送信シンボルを検出するためのウェイトベクトル（ｗｉ）場合、他の送信アンテナにより送信されたシンボルの影響は除去されるべきであることを示す。
【００２３】
また、送信シンボルは順次に検出され、現在のシンボルを検出するために使用するウェイトベクトルを求めるとき、以前に検出されたシンボルの影響は排除されるべきであるので、式２においてｊ≧ｉという表現が使用された。
【００２４】
従って、式２のような性質を満足するウェイトベクトルは、以下のように求められる。まず、式１の受信ベクトルは、次の式３のように表現されることができる。
ｒ  ＝  ａ１Ｈ１  ＋  ａ２Ｈ２  ＋  ．．．＋  ａＭＨＭ  −−−−−−−−−−−  式（３）。
【００２５】
通常、それぞれの送信アンテナ１２から送信されたシンボルは、それぞれ異なるチャネルをを経て受信端に受信されるが、  式３は、前記受信されるシンボルを有する受信ベクトルを線形的な和の形で表現したことである。
【００２６】
従って、式３から分かるように、１番目の送信シンボルを検出するときは、２番目からＭ番目までのシンボルの影響を除去した後、ウェイトベクトルを受信ベクトルに乗算することが望ましくは、他の送信シンボルを検出する場合も、同様な原理が適用されることができる。
【００２７】
このように特定送信シンボルを検出するとき、前記要求条件、つまり、該当ウェイトベクトルが他の送信シンボルからの影響を受けないために、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、検出する送信シンボルごとにウェイトベクトルを更新して使用する。
【００２８】
一応、受信ベクトル（ｒ）が構成され、チャネル行列（Ｈ）が推定されると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、検出する送信シンボル別にウェイトベクトルを得るためにウェイトベクトルの更新を開始する。
【００２９】
このために、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、式４に示したように、前記推定されたチャネル行列（Ｈ）に対するＭｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ  ｐｓｅｕｄｏｉｎｖｅｒｓｅ行列（ｍａｔｒｉｘ）（Ｈ＋あるいはＧ１）を求める（Ｓ１３）。
Ｇ１  ＝  Ｈ＋  −−−−−−−−−−−−−  式（４）
一応、Ｍｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ  ｐｓｅｕｄｏｉｎｖｅｒｓｅ行列が求められると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｇ１行列の行ベクトルの内からベクトルノーム（Ｖｅｃｔｏｒ  ｎｏｒｍ）の値が最小である行ベクトルをウェイトベクトルとして選択する（Ｓ１５）。一例として、選択された行ベクトルがＫ番目の行ベクトルであると仮定する場合、前記Ｇ１行列のＫ番目の行がＫ番目の送信シンボルを検出するためのウェイトベクトル（ｗＫ）として選択される。
【００３０】
一応、ウェイトベクトル（ｗＫ）が選択されると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、受信ベクトル（ｒ）とウェイトベクトル（ｗＫ）とを乗算してＫ番目の送信アンテナから送信されたシンボルを推定する（Ｓ１７）。
【００３１】
一般的に、ＭＩＭＯ移動通信システムの送信端で使用される変調方法（例えば、ＱＰＳＫ、ＱＡＭ）を受信端、つまり、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６が知っている。従って、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、推定されたシンボルが伝送時にどの配置（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）に属するシンボルであるかが分かるので、前記推定されたシンボルをＫ番目の送信アンテナから送信された送信シンボル（ａｋ）として決定する（Ｓ１９）。
【００３２】
Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｍ個の送信アンテナ１２から送信されたＭ個の送信シンボルが全て検出されたか否かを確認し（Ｓ２１）、全て検出されなかった場合は、次の送信シンボルを検出するために、ウェイトベクトルを更新する手順を遂行する。
【００３３】
まず、Ｋ番目のシンボル（ａｋ）が検出されると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、式５に示すように、式３の受信ベクトル（ｒ）からＫ番目のシンボルの影響（ａＫＨＫ）を除去することで、２番目の更新のために使用される受信ベクトル（ｒ２）を求める（Ｓ２３）。
ｒ２  ＝  ｒ  −  ａＫＨＫ  −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−  式（５）。
【００３４】
受信ベクトル（ｒ１）が求められると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｇ２、つまり、２番目のウェイトベクトルを求めるために使用されるチャネル行列（Ｈ２）を推定する（Ｓ２５）。つまり、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、以前のチャネル行列（Ｈ）から前記検出された送信シンボル（ａｋ）に該当する列ベクトル（Ｋ番目の列）を削除して新しいチャネル行列（Ｈ２）を推定する。
【００３５】
次に、段階Ｓ１３に  進行し、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、式６に示したように、前記推定されたチャネル行列（Ｈ２）のＭｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ  ｐｓｅｕｄｏｉｎｖｅｒｓｅ行列を計算する。
【００３６】
【数２】
2005521327.tif 000004
Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｇ２行列の行ベクトルの内から最小のベクトルノームを有する行ベクトルをウェイトベクトルとして選択する（Ｓ１５）。一例として、選択された行ベクトルがＶ番目の行ベクトルである仮定する場合、Ｇ２行列のＶ番目の行がＶ番目の送信シンボルを検出するためのウェイトベクトル（ｗＶ）として使用される。
【００３７】
ウェイトベクトル（ｗＶ）が選択されると、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、前記受信ベクトル（ｒ２）とウェイトベクトル（ｗＶ）とを乗算してＶ番目の送信アンテナから送信されたシンボルを推定する（Ｓ１７）。
【００３８】
前述したように、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、ＭＩＭＯ移動通信システムの送信端で使用されるデジタル変調方法を既に知っているので、前記推定されたシンボルがどの配置（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）に属するのかを判断することができ、これに基づいてＶ番目の送信アンテナから送信されたシンボル（ａＶ）を検出する（Ｓ１９）。
【００３９】
以後、Ｖ−ＢＬＡＳＴ信号処理器１６は、Ｍ個の送信アンテナ１２から送信されたＭ個の送信シンボルが全て検出されたか否かを確認し（Ｓ２１）、全て検出されなかった場合は、段階Ｓ２３及び段階Ｓ２５以後の動作を繰り返して遂行し、全て検出された場合は、全ての段階を終了する。
【００４０】
詳述したように、一般的なＭＩＭＯ移動通信システムにおいて送信シンボルは、別途の信号処理なしでただ直並列（ｓｅｒｉａｌ−ｔｏ−ｐａｒａｌｌｅｌ）変換された後、送信アンテナを通じて伝送され、受信端は、各送信アンテナから送信された送信データを順次に検出する。このために、各送信アンテナから独立的に送信されたシンボルは、移動通信チャネルを経る間に独立性がそのまま維持されるべきである。
【００４１】
しかしながら、実際に、送信アンテナアレイの各送信アンテナ間にある程度の相関（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）が存在し、受信アンテナアレイの受信アンテナ間にもある程度の相関が存在するため、各送信アンテナから送信された信号の独立性を保障することができない状況が発生する。また、移動通信チャネルも各送信アンテナと各受信アンテナとの間の独立的なチャネルを保障すべきであるが、実際に各送信アンテナ  の数だけの独立的なチャネルを保障することができないこともある。特に、アンテナ間の独立性のみを利用するシステムの場合は、アンテナ間の相関度が大きいほど信号利得が低下するので、このような場合は、アンテナの相関性を利用する方法が共に考慮されるべきである。
【００４２】
しかしながら、従来は単純にアンテナ間の独立的な信号伝送のみを考慮してシンボルを伝送したので、システム性能が低下するという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４３】
従って、本発明の目的は、アンテナ間の独立性及び相関性を同時に利用する移動通信システムにおける信号伝送方法及び装置を提供することにある。
【００４４】
本発明の他の目的は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、受信端のシンボル検出能力を向上させる信号伝送方法を提供することにある。
【００４５】
本発明の他の目的は、各シンボルに対してビーム形成を遂行して送信アンテナに割り当てる信号伝送方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４６】
前記のような目的を達成するために移動通信システムにおける信号伝送方法は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、伝送されるシンボルを多重化する段階と、前記多重化された各シンボルに対してビーム形成を遂行する段階と、前記ビーム形成された信号を各送信アンテナを通じて伝送する段階と、から構成される。
【００４７】
望ましくは、前記ビーム形成は、送信される各シンボルにウェイトベクトル（ｗｅｉｇｈｔ  ｖｅｃｔｏｒ）を乗算することによって遂行されることを特徴とする。
【００４８】
望ましくは、前記ウェイトベクトルは、受信端からフィードバックされた固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）または送信端において計算された固有ベクトルでである。
【００４９】
望ましくは、前記各シンボルは、固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）によりパワーが調整されることを特徴とする。この場合、前記固有値は、送信端において計算されるか、受信端からフィードバックされた値である。
【００５０】
前述したような目的を達成するために移動通信システムにおける信号伝送装置は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、伝送されるシンボルを多重化する段階と、受信端からウェイトベクトルを受信する段階と、多重化されたシンボルとウェイトベクトルを乗算し、各シンボルに対してビーム形成を遂行する段階と、前記ビーム形成された信号を各送信アンテナを通じて伝送する段階と、から構成される。
【００５１】
望ましくは、前記ウェイトベクトルは、固有ベクトルであることを特徴とする。
【００５２】
前記信号伝送方法は、受信端から固有値を受信する段階と、受信された固有値を利用して各シンボルのパワーを調整する段階と、をさらに含む。
【００５３】
前述したような目的を達成するために移動通信システムにおける信号伝送方法は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、伝送されるシンボルを多重化する段階と、受信端からチャネル行列を受信する段階と、前記チャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を計算する段階と、前記多重化されたシンボルと固有ベクトルを乗算し、各シンボルに対してビーム形成を遂行する段階と、前記ビーム形成された信号を各送信アンテナを通じて伝送する段階と、から構成される。
【００５４】
前記信号伝送方法は、前記計算された固有値を利用して各シンボルのパワーを調整する段階をさらに含む。
【００５５】
前述したような目的を達成するために移動通信システムにおける信号伝送装置は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、順次に入力されたシンボルを多重化する多重化器と、アンテナ間の相関度を考慮して多重化された各シンボルにビーム形成を遂行するビーム形成部と、ビーム形成された信号を伝送する複数の送信アンテナと、から構成される。
【００５６】
前記信号伝送装置は、伝送された信号を収集する複数の受信アンテナと、所定の方法を利用して収集された信号から送信ベクトルを推定するベクトル推定部と、推定された送信ベクトルにビーム形成を遂行して送信シンボルを検出するシンボル検出器と、をさらに含む。
【００５７】
望ましくは、前記所定の方法は、ゼロ−フォーシング（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）方法であることを特徴とする。
【００５８】
また、前記信号伝送装置は、収集された信号からチャネル行列を推定するチャネル推定部と、推定されたチャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を計算し、送信端にフィードバックする固有分離部と、をさらに含む。
【００５９】
望ましくは、前記ビーム形成部は、送信される各シンボルにウェイトベクトルを乗算してビーム形成を遂行することを特徴とする。
【００６０】
望ましくは、前記ウェイトベクトルは、受信端からフィードバックされた固有ベクトルまたは送信端において計算された固有ベクトルであることを特徴とする。
【００６１】
望ましくは、前記ビーム形成部は、固有値を利用して各シンボルのパワーを調整することを特徴とする。この場合、前記固有値は、送信端において計算されるか、受信端においてフィードバックされた値である。
【００６２】
前述したような目的を達成するために移動通信システムにおける信号伝送装置は、多重アンテナを利用する移動通信システムにおいて、順次に入力されたシンボルを逆多重化する逆多重化器と、受信端からフィードバックされたチャネル行列を固有値分解して固有ベクトル及び固有値を計算する固有分離部と、逆多重化された各シンボルと固有ベクトルを乗算して各シンボルにビーム形成を遂行するビーム形成部と、ビーム形成された信号を伝送する複数の送信アンテナと、から構成される。
【００６３】
前記信号伝送装置は、伝送された信号を収集する複数の受信アンテナと、収集された信号から送信ベクトルを推定するベクトル推定部と、推定された送信ベクトルにビーム形成を遂行して送信シンボルを検出するシンボル検出器と、収集された信号からチャネル行列を推定して送信端にフィードバックするチャネル推定部と、をさらに含む。
【００６４】
望ましくは、前記ビーム形成部は、固有値を利用して各シンボルのパワーを調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００６５】
本発明は、ＭＩＭＯシステムにおいて、アンテナ間の独立性だけでなく相関性を同時に利用して各シンボルに対してビーム形成を遂行した後、前記ビーム形成されたシンボルを伝送する。  
【００６６】
従って、従来は、アンテナ間の独立性のみを利用するシステムの場合、アンテナ間の相関度が大きいほど信号利得が低下したが、本発明は、アンテナ間の独立性だけでなくアンテナ間の相関性を同時に考慮することにより、ンテナ間の相関性による利得を共に得ることができるという効果がある。また、このような追加的な利得は、送信端でのシンボル検出能力を向上させ、ＭＩＭＯシステムの性能を大きく向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６７】
以下、本発明の好適な実施形態を図面を参照して説明する。
【００６８】
前述したように、従来のＶ−ＢＬＡＳＴシステムにおいてＭ個の送信アンテナが使用される場合、送信端は、以下の式のようにＭ個のシンボルから構成された信号ベクトル
を生成した後、各送信アンテナを通じてＭ個のシンボルを伝送する。
【００６９】
【数３】
2005521327.tif 000005
しかしながら、従来のＶ−ＢＬＡＳＴシステムでは、各アンテナ間の相関性を考慮せず、ただ各アンテナを一つの独立したチャネルとして運用した。つまり、アンテナ間の独立性を利用するシステムの場合は、アンテナ間の相関性が大きいほど  利得が低下するようになるが、このような場合は、アンテナ間の相関性を利用する他の方法を共に使用することにより、アンテナ間の相関性による利得低下を効果的に予防することができる。
【００７０】
従って、本発明は、アンテナ間の独立性だけでなく、相関性も共に考慮することにより、システム性能を向上させる方案を提案する。このために本発明は、送信端がアンテナアレイから構成されているという点に注目して、各シンボルを伝送する前に各シンボルに対するビーム形成を実施して伝送する。この場合、アンテナ間の相関性が高いほどビーム形成実施による利得はもっと大きくなる。
【００７１】
図３は、本発明の第１実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【００７２】
図３に示すように、本発明の第１実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置は、順次に入力されたシンボルを逆多重化する逆多重化器（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）２０と、アンテナ間の相関度を考慮して、逆多重化された各シンボルにビーム形成を遂行するビーム形成部２２と、ビーム形成された信号を伝送する複数の送信アンテナ５０と、送信アンテナ５０から伝送された信号を収集する複数の受信アンテナ６０と、受信アンテナ６０において収集された信号から送信ベクトルを推定するベクトル推定部（Ｖｅｃｔｏｒ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）２４と、推定された送信ベクトルにビーム形成を遂行して送信（Ｔｘ）シンボルを検出するシンボル検出器（Ｓｙｍｂｏｌ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）２６と、から構成される。
【００７３】
前記ビーム形成部２２は、各シンボルにウェイトベクトルを乗算してビーム形成を遂行し、シンボル検出器２６は、送信端において各シンボルに乗算されたウェイトベクトルの共役値（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  ｖａｌｕｅ）を前記推定された送信ベクトルに乗算することによりビーム形成を遂行する。
【００７４】
前記送信ベクトル推定部２６は、公知のゼロ−フォーシング（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）方法を利用して送信ベクトルを推定する。
【００７５】
以下、図３及び図４を参照して、このように構成された本発明の第１実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置の動作を説明する。
【００７６】
まず、本発明は、Ｍ個の送信アンテナ５０及びＮ個の受信アンテナ６０を備えると仮定し、この場合、チャネル行列
【００７７】
【数４】
2005521327.tif 000006
は
【００７８】
【数５】
2005521327.tif 000007
行列になる。
【００７９】
送信されるシンボルが入力されると（Ｓ１０）、逆多重化器２０は、前記入力シンボルを逆多重化してビーム形成部２２に出力し、ビーム形成部２２は、前記逆多重化された各シンボルにウェイトベクトルを乗算し、式７に示すように、各シンボルに対してビーム形成を遂行する（Ｓ１２）。
【００８０】
【数６】
2005521327.tif 000008
このとき、前記
【００８１】
【数７】
2005521327.tif 000009
は、ウェイトベクトルであり、
【００８２】
【数８】
2005521327.tif 000010
は、ビーム形成後の信号ベクトルである。
【００８３】
従って、複数の送信アンテナ５０は、独立的に前記ビーム形成された信号（信号ベクトル）を受信端に伝送する（Ｓ１４）。次に、送信端は、全てのシンボルが伝送されたか否かをチェックし（Ｓ１６）、伝送されるシンボルが残っている場合、各シンボル
【００８４】
【数９】
2005521327.tif 000011
に対してビーム形成を遂行するために段階Ｓ１０以後の動作を反復的に遂行する。  
【００８５】
送信端から伝送された信号は、受信端の受信アンテナ６０を通じて収集される（Ｓ２０）。しかしながら、前記送信端から伝送された信号は、所定のビーム形成過程を経たので、受信端では従来のＶ−ＢＬＡＳＴ信号処理を使用することができない。
【００８６】
従って、受信端のベクトル推定部２８は、公知のゼロ−フォーシング（Ｚｅｒｏ−Ｆｏｒｃｉｎｇ）またはＭＭＳＥ（Ｍｉｎｉｍｕｍ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）方法を利用して送信信号ベクトル（送信ベクトル）を推定する（Ｓ２２）。この場合、ゼロ−フォーシング及びＭＭＳＥ方法による送信ベクトルの推定は、以下のように遂行される。まず、受信端に受信された信号（Ｒ）は、式８のように表すことができる。  
【００８７】
【数１０】
2005521327.tif 000012
ここで、
【００８８】
【数１１】
2005521327.tif 000013
は、ＡＷＧＮ（Ａｄｄｉｔｉｖｅ  Ｗｈｉｔｅ  Ｇａｕｓｓｉａｎ  Ｎｏｉｓｅ）を示す。
【００８９】
そして、ゼロ−フォーシングを利用して送信信号ベクトル（送信ベクトル）
【００９０】
【数１２】
2005521327.tif 000014
を推定した信号ベクトル
【００９１】
【数１３】
2005521327.tif 000015
は、以下の式９のように表すことができる。
【００９２】
【数１４】
2005521327.tif 000016
この場合、
【００９３】
【数１５】
2005521327.tif 000017
は、チャネル行列であり、
【００９４】
【数１６】
2005521327.tif 000018
は、エルミート（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ）演算を意味する。
【００９５】
また、ＭＭＳＥ方法を利用して送信信号ベクトル
【００９６】
【数１７】
2005521327.tif 000019
を推定した信号ベクトル
【００９７】
【数１８】
2005521327.tif 000020
は、以下の式１０のように表すことができる。
【００９８】
【数１９】
2005521327.tif 000021
前記
【００９９】
【数２０】
2005521327.tif 000022
は、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）であり、
【０１００】
【数２１】
2005521327.tif 000023
は、恒等行列（ｉｄｅｎｔｉｔｙ  ｍａｔｒｉｘ）である。
【０１０１】
このように、ゼロ−フォーシングまたはＭＭＳＥ方法を利用し、各シンボルにビーム形成を実施して伝送した信号ベクトル
【０１０２】
【数２２】
2005521327.tif 000024
が推定されると、シンボル検出器２６は、送信端から各シンボルに乗算されて伝送されたウェイトベクトルの共役値をさらに前記信号ベクトル
【０１０３】
【数２３】
2005521327.tif 000025
に乗算し（ビーム形成を遂行し）、送信シンボル
【０１０４】
【数２４】
2005521327.tif 000026
に対する推定シンボル
【０１０５】
【数２５】
2005521327.tif 000027
を検出する。これを式に表現すると、式１１のようになる。
【０１０６】
【数２６】
2005521327.tif 000028
一般的に、ＭＩＭＯ移動通信システムにおいて、受信端は、送信端で使用される変調方法を知っている。従って、シンボル検出器２６は、配置（ｃｏｎｓｔｅｌｌａｔｉｏｎ）図において推定シンボル
【０１０７】
【数２７】
2005521327.tif 000029
の位置を把握し、最終的に、送信シンボル
【０１０８】
【数２８】
2005521327.tif 000030
を検出する（Ｓ２４）。
【０１０９】
次に、受信端は、全てのシンボルが検出されたか否かをチェックし（Ｓ２６）、検出するシンボルが残っている場合、段階Ｓ２０以後の動作を反復的に遂行する。
【０１１０】
前述したように、本発明において、送信アンテナ数にあわせてシンボルを一時に伝送する場合は、各シンボルに独立的なビーム形成を実施して信号を伝送する。    
【０１１１】
しかしながら、ＭＩＭＯシステムは、ＦＤＤ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）システム及びＴＤＤ（Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｄｕｐｌｅｘ）システムの２種類形態によって実現できる。前記ＦＤＤシステムの場合、送信端は、送信端から受信端までの移動チャネル状況が分からないので、受信端から順方向チャネル状況が提供される。ＴＤＤシステムの場合は、順方向チャネル及び逆方向チャネルが同一であるので、送信端は、受信端から別途のチャネル情報を受ける必要がない。
【０１１２】
従って、送信端においてウェイトベクトルを計算する方法も２種類に分類することができる。第１方法は、送信端においてチャネル行列を利用して各シンボルに乗算されるウェイトベクトルを求める方法（ＴＤＤシステムの場合）であり、第２方法は、送信端が受信端からウェイトベクトルを受ける方法（ＦＤＤシステムの場合）である。      
【０１１３】
図５は、本発明の第２実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。本発明の第２実施形態は、ＦＤＤシステムにおいて適用される。つまり、受信端が、チャネル行列
【０１１４】
【数２９】
2005521327.tif 000031
の推定だけでなく、推定されたチャネル行列
【０１１５】
【数３０】
2005521327.tif 000032
を利用して固有値分解（Ｅｉｇｅｎ−ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）まで遂行する構造になっている。  
【０１１６】
図５に示すように、本発明の第２実施形態は、図３に示す第１実施形態に付加して、チャネル推定部（Ｃｈａｎｎｅｌ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｕｎｉｔ）２８及び固有分離部（Ｅｉｇｅｎ  Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｕｎｉｔ）３０をさらに含む。前記チャネル推定部２８は、複数の受信アンテナ６０で収集された信号からチャネル行列
【０１１７】
【数３１】
2005521327.tif 000033
を推定し、固有分離部３０は、推定されたチャネル行列
【０１１８】
【数３２】
2005521327.tif 000034
に対して固有値分解を遂行して固有分及び固有ベクトルを求めた後、送信端のビーム形成部２２にフィードバックさせる。
【０１１９】
従って、送信端のビーム形成部２２は、固有ベクトル値をウェイトベクトルとして使用してシンボルに対するビーム形成を遂行し、同時に固有分に比例して各シンボルの伝送パワーを調整する。  
【０１２０】
以下、上記動作を図５及び図６を参照してより詳細に説明する。
【０１２１】
まず、本発明の第２実施形態においては、Ｍ個の送信アンテナ５０及びＮ個の受信アンテナ６０を有するＭＩＭＯシステムであり、前記ＭＩＭＯシステムはＦＤＤシステムであると仮定する。このとき、送信端から送信された信号ベクトルが経る移動通信チャネル行列を
【０１２２】
【数３３】
2005521327.tif 000035
と言い、前記チャネル行列
【０１２３】
【数３４】
2005521327.tif 000036
は
【０１２４】
【数３５】
2005521327.tif 000037
は
【０１２５】
【数３６】
2005521327.tif 000038
行列である。また、送／受信端が予め約束したパイロットシンボルまたは別途のパイロットチャネルを伝送する場合、受信端は、チャネル行列
【０１２６】
【数３７】
2005521327.tif 000039
の各成分を推定することができる（Ｓ３０）。
【０１２７】
一応、チャネル推定部２８によりチャネル行列
【０１２８】
【数３８】
2005521327.tif 000040
が推定されると、固有分離部３０は、チャネル行列
【０１２９】
【数３９】
2005521327.tif 000041
の固有値分解を遂行してフィードバックする固有分及び固有ベクトルを求める（Ｓ３１）。  
【０１３０】
しかしながら、本発明の実施形態においては、受信アンテナ６０の個数（Ｎ）が送信アンテナ５０の個数（Ｍ）より多いＭＩＭＯシステムを仮定したので、前記チャネル行列
【０１３１】
【数４０】
2005521327.tif 000042
は正方行列でない。従って、受信端の固有分離部３０は、チャネル行列
【０１３２】
【数４１】
2005521327.tif 000043
自体を固有値分解することができないので、式１２に示すように、
【０１３３】
【数４２】
2005521327.tif 000044
の固有値分解を実施する。この場合、Ｈは、エルミート（Ｈｅｒｍｉｔｉａｎ）演算を意味する。
【０１３４】
【数４３】
2005521327.tif 000045
ここで、
【０１３５】
【数４４】
2005521327.tif 000046
は、行列
【０１３６】
【数４５】
2005521327.tif 000047
の固有値を示し、
【０１３７】
【数４６】
2005521327.tif 000048
は、固有ベクトル（ｅｉｇｅｎｖｅｃｔｏｒ）を示す。この場合、各固有ベクトル
【０１３８】
【数４７】
2005521327.tif 000049
は、相互直交性（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ）を維持するので、一回に送信アンテナ数だけのシンボルが伝送されるとしても、各シンボルのビーム形成は相互独立的であることが分かる。
【０１３９】
このように、固有値
【０１４０】
【数４８】
2005521327.tif 000050
及び固有ベクトル
【０１４１】
【数４９】
2005521327.tif 000051
が求められると、固有分離部３０は、該当値を受信端のビーム形成部２２にフィードバックする（Ｓ３２）。
【０１４２】
従って、ビーム形成部２２は、前記固有ベクトル
【０１４３】
【数５０】
2005521327.tif 000052
をウェイトベクトル
【０１４４】
【数５１】
2005521327.tif 000053
に代えて各シンボルに対するビーム形成を遂行した後（Ｓ３３）、前記ビーム形成された信号を各送信アンテナ５０を通じて伝送する。また、従来には各シンボルにビーム形成を実施して伝送するとき、各シンボルの信号電力を同一にしたが、ビーム形成部２２は、固有値
【０１４５】
【数５２】
2005521327.tif 000054
に応じて各シンボルのパワーを調整して伝送することができる。さらに、段階Ｓ３３以後の動作は、本発明の第１実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。  
【０１４６】
また、前記第２実施形態においては、チャネル行列の推定及び推定されたチャネル行列の固有値分解を全て受信端で遂行したが、これに限定されずに、前記固有値分解は、送信端で遂行することができる。        
【０１４７】
図７は、本発明の第３実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【０１４８】
図７に示すように、本発明の第３実施形態による信号伝送装置は、チャネル推定部２８及び固有分離部３０が共に受信端に位置することでなく、チャネル推定部２８は受信端に位置し、固有分離部３０は送信端に位置する構造になっている。  
【０１４９】
従って、図８に示すように、受信端のチャネル推定部２８がチャネル行列
【０１５０】
【数５３】
2005521327.tif 000055
を推定して送信端にフィードバックさせると（Ｓ４０、Ｓ４１）、送信端の固有分離部３０は、前述したように、
【０１５１】
【数５４】
2005521327.tif 000056
の固有値分解を遂行して固有値
【０１５２】
【数５５】
2005521327.tif 000057
及び固有ベクトル
【０１５３】
【数５６】
2005521327.tif 000058
を求める（Ｓ４２）。
【０１５４】
固有値
【０１５５】
【数５７】
2005521327.tif 000059
及び固有ベクトル
【０１５６】
【数５８】
2005521327.tif 000060
が求められると、ビーム形成部２２は、固有ベクトル
【０１５７】
【数５９】
2005521327.tif 000061
をウェイトベクトル
【０１５８】
【数６０】
2005521327.tif 000062
に代えて各シンボルに対するビーム形成を遂行した後（Ｓ４３）、ビーム形成された信号を各送信アンテナ５０を通じて伝送する（Ｓ４４）。さらに、段階Ｓ４４以後の動作は、本発明の第２実施形態と同一であるので、詳細な説明は省略する。
【０１５９】
このように、ＦＤＤシステムに適用される移動通信システムの信号伝送装置は、各シンボルに乗算されるウェイトベクトルを受信端から受信するか、または、受信端からチャネル行列のみを受信した後、該当チャネル行列を固有値分解してウェイトベクトルを算出する。従って、図５及び図７に示す信号伝送装置は、どの情報がフィードバックされるかによりその構成が異になるだけであり、根本的な構成は同一であることが分かる。
【０１６０】
図９は、本発明の第４実施形態による移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図であり、ＦＤＤシステムに適用される場合を示す。  
【０１６１】
前述したように、ＴＤＤシステムの場合は、順方向チャネル及び逆方向チャネルが同一であるので、送信端は受信端から別途のチャネル情報を受ける必要がない。従って、本発明の第４の実施形態においてはチャネル行列を推定するためのチャネル推定部３４及び固有値分解を遂行するための固有分離部３６が共に送／受信端に位置する。
【０１６２】
送信端のチャネル推定部３４は、順方向チャネル行列
【０１６３】
【数６１】
2005521327.tif 000063
を推定し、固有分離部３６は、推定されたチャネル行列
【０１６４】
【数６２】
2005521327.tif 000064
の固有値分離を遂行して固有値及び固有ベクトルを求める。  
【０１６５】
従って、ビーム形成部２２は、求められた固有ベクトルをウェイトベクトルとして採用した後、逆多重化器２０によって逆多重化された各シンボルにウェイトベクトルを乗算し、各シンボルに対してビーム形成を遂行して伝送する。そして、以後の動作は、段階Ｓ４４以後の動作と同一であるので、詳細な説明は省略する。  
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】従来のＭＩＭＯシステムの構成図である。
【図２】従来のＭＩＭＯシステムにおける信号処理方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１実施形態による多重アンテナを利用した移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【図４】図３における信号伝送方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態による多重アンテナを利用した移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【図６】図５における信号伝送方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の第３実施形態による多重アンテナを利用した移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【図８】図７における信号伝送方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態による多重アンテナを利用した移動通信システムにおける信号伝送装置の構成図である。
【図１】
2005521327.tif 000065
【図２】
2005521327.tif 000066
【図３】
2005521327.tif 000067
【図４】
2005521327.tif 000068
【図５】
2005521327.tif 000069
【図６】
2005521327.tif 000070
【図７】
2005521327.tif 000071
【図８】
2005521327.tif 000072
【図９】
2005521327.tif 000073
【国際調査報告】
2005521327.tif 000074