KR100887909B1 - 다중 입력 다중 출력 채널에서 대역폭 효율의 증대를 위한방법 및 시스템 - Google Patents

다중 입력 다중 출력 채널에서 대역폭 효율의 증대를 위한방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

일 실시형태에서, 입력 비트 스트림은 트렐리스 코드 블록에 제공된다. 예를들어, 트렐리스 코드 블록은 레이트 6/7 코드를 이용하여 콘볼루션 코딩을 수행할 수 있다. 그후, 트렐리스 코드 블록의 출력은 예를들어 128 신호 포인트나 변조 심볼을 갖는 트렐리스 코딩된 쿼드러쳐 진폭 변조를 이용하여 변조된다. 이렇게 생성된 변조 심볼의 시퀀스는 다이버시티 인코딩된다. 다이버시티 인코딩은, 예를들어 공간 시간 인코딩이나 공간 주파수 인코딩될 수 있다. 변조 심볼의 시퀀스나 다이버시티 인코딩된 변조 심볼의 시퀀스는 2개 이상의 직교 왈쉬 커버에 공급된다. 예를들어, 변조 심볼 시퀀스의 복제본은 다이버시티를 증대시키도록 제공되며, 변조 심볼 시퀀스를 디멀티플렉싱하는 것은 데이터 송신 레이트나 "스루풋" 을 증대시키는 데 사용될 수 있다. 왈쉬 커버의 출력은 통신 채널에 개별 입력으로서 공급된다.
트렐리스, 알라모우티, 왈쉬 커버

Description

다중 입력 다중 출력 채널에서 대역폭 효율의 증대를 위한 방법 및 시스템 {METHOD AND SYSTEM FOR INCREASED BANDWIDTH EFFICIENCY IN MULTIPLE INPUT-MULTIPLE OUTPUT CHANNELS}
배경
1. 발명의 분야
본 발명은 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 다중 입력 다중 출력 채널을 사용하는 광대역 코드 분할 다중 액세스 통신 시스템에 관한 것이다.
2. 관련 기술
무선 통신 시스템에서, 여러 사용자가 공통 통신 채널을 공유한다. 동일한 시간에 통신 채널을 통한 여러 사용자 송신 정보에 의해 발생하는 충돌을 피하기 위해, 가용 채널 용량을 사용자에게 할당하는 어떤 규정이 필요하다. 통신 채널로의 사용자 액세스의 규정은 여러 형태의 다중 액세스 프로토콜에 의해 달성된다. 프로토콜의 일 형태가 코드 분할 다중 액세스 (CDMA) 로서 공지되어 있다. 제한된 용량의 채널에 다중 액세스 할당을 제공하는 것에 더하여, 프로토콜은 예를 들어, 사용자 서로간의 분리를 제공하고, 즉, 사용자 사이의 간섭을 제한하고, 인터셉트하고 인터셉트의 낮은 가능성이라 칭하는, 비-지향 수신기에 대해 상이한 디코딩을 함으로써 안전성을 제공하는 다른 기능을 서비스할 수 있다.
CDMA 시스템에서, 각 신호는 신호를 코딩함으로써 다른 사용자의 시스템으로부터 분리된다. 각 사용자는 자신의 정보 신호를 송신 신호로 인코딩한다. 사용자의 코드 시퀀스를 알고 있는 지향 수신기는 정보를 수신하기 위해 송신 신호를 디코딩할 수 있다. 정보 신호의 디코딩은 그것의 스펙트럼을 확산시켜서, 인코딩된 송신 신호의 대역폭이 정보 신호의 원래 대역폭 보다 훨씬 커진다. 이러한 이유로, CDMA는 "확산 스펙트럼" 변조 또는 코딩으로 불린다. 각 사용자 신호의 에너지가 채널 대역폭을 교차하여 확산되어, 각 사용자의 신호는 다른 사용자에게는 잡음으로 나타난다. 디코딩 처리가 적절한 신호 대 잡음비, 즉, 다른 사용자 신호의 "잡음"으로부터 원하는 사용자 신호의 분리를 달성하는 동안은, 신호의 정보가 복구될 수 있다. 사용자 신호의 정보 복구에 영향을 미치는 다른 요인은 차폐 및 다중경로로 인한 페이딩과 같은 각 가입자에 대한 환경에서 상이한 조건이다. 요약해서, 차폐는 송신기 및 수신기 사이의 신호 송신 경로를 인터럽트하는 물리적 객체, 예를 들어, 큰 빌딩에 의해 초래되는 간섭이다. 다중경로는 상이한 길이의 다중 경로를 횡단하고, 상이한 시간에 수신기에 도달하는 신호의 결과로서 발생하는 신호 왜곡이다. 또한, 다중경로는 통신 채널의 "시간 분산"이라 불린다. 또한, 다중경로 페이딩은 시간에 따라 변화할 수 있다. 예를 들어, 이동 차량에 설치된 통신 유닛에서, 다중경로 페이딩의 양이 빠르게 변화할 수 있다.
확산 스펙트럼 신호의 효율적인 코딩 및 디코딩을 제공하는 다수의 방법이 구현되었다. 이 방법은 에러 검출 및 정정 코드, 및 콘볼루션 코드를 포함한 다. 무선 통신에서, 특히, 음성 통신에서, 듀플렉싱 또는 전-듀플렉싱이라 불리는, 양방향에서 동시에 2명의 사용자 사이에 통신을 제공하는 것이 바람직하다. CDMA 통신과의 듀플렉싱을 제공하기 위해 사용된 일 방법이 주파수 분할 듀플렉싱이다. 주파수 분할 듀플렉싱에서, 하나의 주파수 대역이 순방향 채널이라 불리는, 기지국으로부터 이동 사용자로의 통신을 위해 사용되고, 또 다른 주파수 대역이 역방향 채널이라 불리는, 이동 사용자로부터 기지국으로의 통신을 위해 사용된다. 또한, 순방향 채널은 다운링크 채널로 칭하고, 역방향 채널은 업링크 채널로 칭한다. 코딩 및 변조의 특정한 구현은 순방향 및 역방향 채널 사이에서 상이할 수 도 있다.
디지털 데이터 형태의 사용자 신호에서의 정보가 에러로부터 디지털 데이터를 보호하기 위해 코딩된다. 에러는 예를 들어, 전술한 바와 같은 시간-변화 다중경로 페이딩의 영향의 결과로서 발생할 수 있다. 코딩은 정보 신호에 리던던시를 도입함으로써 에러로부터 디지털 데이터를 보호한다. 에러를 검출하기 위해 사용된 코드는 에러 검출 코드라 불리고, 에러를 검출 및 정정할 수 있는 코드는 에러 정정 코드라 불린다. 에러 검출 및 정정 코드의 2개의 기본 유형이 블록 코드 및 콘볼루션 코드이다.
콘볼루션 코드는 사용자 신호의 디지털 신호로부터의 연속 정보 시퀀스를 송신용 연속 인코딩된 시퀀스로 매핑함으로써 동작한다. 대조하기 위해, 콘볼루션 코드는 정보 시퀀스가 별개 블록으로 먼저 그룹화되지 않고 인코딩된다는 점에서 블록 코드와는 상이하다. 콘볼루션 코드는 시프트 레지스터를 통해 정보 시 퀀스를 통과시킴으로써 발생한다. 일반적으로, 시프트 레지스터는 각 스테이지에서 k 비트를 갖는 N 스테이지 및 n 기능 생성기를 구비한다. 정보 시퀀스는 동시에 N 스테이지 k 비트를 통해 시프트되고, 정보 시퀀스의 각 k 비트에 대해 n 기능 생성기는 인코딩된 시퀀스의 n 비트를 생성한다. 코딩의 레이트는 R=k/n으로 정의되고, 이것은 송신되는 코딩된 정보의 출력 레이트에 의해 코딩되어 전달된 사용자 정보의 입력 레이트와 동일한다. 번호 N은 코드의 구속 길이라고 불리고; 코드의 복잡성 또는 계산 비용은 구속 길이와 지수적으로 증가한다. 예를 들어, 구속 길이 9 및 코드 레이트 3/4가 어떤 CDMA 시스템에서 사용된다.
비트의 연속 정보 시퀀스를 비트의 연속 인코딩된 시퀀스로 매핑하는 고도의 구성 특성은 블록 코드에 대해 사용된 것과는 상당히 상이한 콘볼루션 코드에 대해 디코딩 알고리즘의 사용을 가능하게 한다. 특정한 콘볼루션 코드에 의해 수행된 코딩은 여러 방식으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 코딩은 생성기 다항식, 논리 테이블, 상태 다이어그램, 또는 트렐리스 다이어그램으로 표현될 수 있다. 코딩이 트렐리스 다이어그램으로 표현되는 경우에, 예를 들어, 특정한 트렐리스 다이어그램 표현은 표현된 특정한 콘볼루션 코드에 따른다. 트렐리스 다이어그램 표현이 공지된 경우에 인코딩된 시퀀스의 디코딩이 수행될 수 있다는 방식으로 트렐리스 다이어그램 표현은 콘볼루션 코드에 따른다.
신호 송신을 위해, 콘볼루션 코드가 "트렐리스 코딩된 변조"라 칭하는 기술에서 변조와 결합될 수 있다. 트렐리스 코딩된 변조는 코딩의 증가한 이점이 더욱 복잡한 신호를 변조하는 추가의 비용을 상당히 상쇄한다는 방식으로 신호 변 조와 콘볼루션 코딩을 통합한다. 신호 송신의 상이한 방법을 비교하는 일 방식은 대역폭 효율성을 비교하는 것이다. 일반적으로, 대역폭 효율성은 "표준화된 데이터 레이트"라 칭하는, 소정의 대역폭에 대해 송신된 정보의 양을 비트 당 SNR에 비교함으로써 측정된다. 비트 당 소정의 SNR에 대해 달성될 수 있는 최대 표준화된 데이터 레이트는 채널의 "샤논 용량"이라 칭하는, 채널의 이론적 최대 용량이다. 대역폭이 더 효율적이면, 신호 송신의 방법은, 채널의 전체 샤논 용량을 사용할 수 있다. 다중 입력 다중 출력 ("MIMO") 채널이라 칭하는, 송신 및 수신 안테나의 각 쌍 사이의 모든 가능한 신호 경로를 사용하는 다중 송신 안테나 및 다중 수신 안테나를 갖는 채널이 하나의 송-수신 안테나 쌍만을 사용하는 유사한 채널 보다 어떤 채널 조건하에서 더 높은 샤논 용량을 갖는 것으로 공지되어 있다.
신호 수신을 위해, 신호는 복조 및 디코딩되어야 한다. "검출"이라 칭하는, 콘볼루션 코드를 디코딩하는 많은 방법이 있다. 트렐리스 다이어그램 표현을 사용하는 콘볼루션 코드를 디코딩하는 일 방법이 비터비 (Viterbi) 디코딩이다. 트렐리스 다이어그램에서, 트렐리스를 통하는 각 경로는 콘볼루션 코더로부터의 가능한 인코딩된 시퀀스 및 인코딩된 시퀀스를 생성하는 원래 정보 시퀀스에 대응한다. 비터비 알고리즘은 실제 수신된 인코딩된 시퀀스를 사용하여, 트렐리스를 통하는 어떤 경로에 대한 메트릭의 값을 결정하고, 그것을 고려하여 다른 경로를 제거한다. 최종적으로, 디코더는 메트릭의 가장 선호하는 값을 갖는 트렐리스를 통하는 경로를 선택하고, 그것에 의해, 대응하는 정보 시퀀스가 디코딩된다. 따라서, 비터비 디코더는 종래 기술에 공지된 바와 같이, 최대 가능성 검출을 제공한다.
전술한 바와 같이, 코딩 목적중의 하나는 여러 현상, 예를 들어, 다중경로 페이딩에 의해 초래되는 에러로부터 사용자 신호에서의 정보를 보호하는 것이다. 신호 신뢰도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는 또 다른 기술을 "다이버시티"라 칭한다. 간단히 말하면, 다이버시티는 독립적인 페이딩 - 즉, 상당히 비상관된- 통신을 위한 신호 경로를 통해 송신된 동일한 정보 신호의 여러 복제본을 수신기에 공급함으로써 무선 전파의 랜덤 특성을 활용한다. 예를 들어, 하나의 무선 신호 경로가 상당한 페이딩을 당하는 경우에, 또 다른 독립 경로가 강한 신호를 가질수 있다. 선택할 하나 이상의 경로를 가짐으로써 정보 신호의 신호 대 잡음비가 개선될 수 있다. 다이버시티의 일 구현이 레이크 수신기이고, 이것은 상이한 신호 경로의 선택을 제공하기 위해 수신기에서 여러 안테나를 사용한다. 레이크 수신기의 결점은 효율이 높은 데이터 레이트에서 손상된다는 것이다. 시간 분산 또는 다중경로의 영향을 상쇄하는 일 수단이 당업계에 공지된 바와 같은 직교 주파수 분할 멀티플렉싱 ("OFDM") 을 사용하는 것이다. OFDM은 높은 데이터 레이트에서 매우 양호하게 작동하고, 따라서, 레이크 수신기가 갖는 높은 데이터 레이트에서의 비효율성의 결점을 피한다.
신호 신뢰도를 증가시키기 위해 사용될 수 있는 다른 기술을 "전력 제어"라 칭한다. 간단히 말하면, 전력 제어는 상이한 사용자 및 다중경로 페이딩의 상대적 이동과 같은, 통신 채널의 변화 조건을 보상하기 위해 신호가 송신되는 동안 송신기에서의 신호의 전력을 조절한다. 전력 제어는 채널의 조건, 또는 수신 유닛으로부터 역으로 송신기로의 "채널 상태 정보" (CSI) 에 관한 정보의 송신을 중계한다. 따라서, 전력 제어는 CSI 기술이다. 예를 들어, 신호 송신의 "파일럿 신호" 및 "트레이닝 주기" 분리의 사용을 포함하는 다른 CSI 기술이 있다. 한편, 다이버시티 기술은 채널 조건 정보의 분리 송신이 다이버시티 기술 구현에 필요하지 않다는 점에서 비-CSI 기술이다. 일반적으로, 비-CSI 기술이 채널 상태 정보를 송신하는 복잡성을 피하기 때문에, 비-CSI 기술은 구현하는데 더 간단하고 저가일 수 있다.
또한, 비-CSI 기술이 채널 상의 송신 채널 상태 정보, 즉, 비-사용자 정보의 "오버헤드"를 피한다는 점에서 비-CSI 기술은 CSI 기술 이상의 이점을 갖는다. 비트 당 소정의 SNR에 대한 채널 용량, 즉, 샤논 용량이 비-사용자 정보, 즉, CSI를 송신하기 위해 사용되는 만큼, 더 적은 채널 용량이 사용자 정보를 송신하기 위해 사용 가능하고, 따라서, 송신의 실제 대역폭 효율성이 감소된다. 안정하지 못하거나 채널 조건이 느리게 변화하지 않는 채널은 송신기가 채널 상태 정보를 효율적으로 사용할 수 있도록 채널 조건에서의 변화를 따라가기 위해 높은 데이터 레이트로 송신 채널 상태 정보를 요구할 수 있다. 따라서, 비-CSI 기술은 채널 조건이 빠른 변화에 영향을 받는 이동 통신에 이점을 제공할 수 있다.
MIMO 채널의 증가한 채널 용량의 이점이 다수의 CSI 기술과 함께 사용된다. 또한, 코딩, 다이버시티, 및 OFDM과 같은 비-CSI 기술의 사용은 무선 통신에 대한 에러 성능 및 "스루풋", 즉, 사용자 정보의 데이터 레이트를 개선시키기 위해 사용 될 수 있다. 따라서, 채널 상태 정보를 송신하는데 있어 결점을 피하면서 MIMO 채널에서의 송신의 실제 대역폭 효율성을 증가시킴으로써 MIMO 채널의 증가된 용량을 사용할 필요성이 있다. 또한, 증가된 대역폭 효율성을 활용함으로써 MIMO 채널에서의 무선 통신의 에러 성능, 데이터 레이트, 및 용량에 개선점을 제공할 필요성이 있다.
본 발명은 다중 입력 - 다중 출력 채널에서 대역폭 효율성을 증가시키는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 채널 상태 정보를 송신하는데 있어 결점을 피하면서, 대역폭 효율성을 증가시킬 필요성을 극복한다. 또한, 본 발명은 다중 입력 다중 출력 채널에서의 무선 통신의 에러 성능, 데이터 레이트, 및 용량에 개선점을 제공한다.
본 발명의 일 양태에서, 입력 비트 스트림이 트렐리스 코드 블록에 제공된다. 예를 들어, 트렐리스 코드 블록은 레이트 6/7 코드를 사용하여 콘볼루션 코딩을 수행할 수 있다. 다음으로, 트렐리스 코드 블록의 출력이 예를 들어, 128 신호 포인트 또는 변조 심볼을 갖는 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조를 사용하여 변조된다. 따라서, 발생된 변조 심볼의 시퀀스가 다이버시티 인코딩될 수 있다. 다이버시티 인코딩은 예를 들어, 공간 시간 인코딩, 또는 공간 주파수 인코딩일 수 있다. 변조 심볼의 시퀀스, 또는 다이버시티 인코딩된 변조 심볼의 시퀀스가 2개 이상의 직교 왈쉬 커버로 공급된다. 예를 들어, 변조 심볼 시퀀스의 복제본이 다이버시티를 증가시키기 위해 제공될 수 있고, 변조 심볼 시퀀스를 듀플렉싱하는 것이 데이터 송신 레이트 또는 "스루풋"을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 왈쉬 커버의 출력이 통신 채널로 분리 입력으로서 공급된다. 통신 채널은 예를 들어, WCDMA 통신 시스템에서 다중 입력 다중 출력 채널일 수 있다.
도 1은 예시적인 통신 시스템에서 본 발명의 일 실시형태에 있어 통신 채널 다중 입력 직교성의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 2는 예시적인 통신 시스템에서 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어 통신 채널 다중 입력 직교성의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 3은 예시적인 통신 시스템에서 본 발명의 일 실시형태에 있어 알라모우티 다이버시티를 갖는 통신 채널 다중 입력 직교성의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 4는 예시적인 통신 시스템에서 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어 알라모우티 다이버시티를 갖는 통신 채널 다중 입력 직교성의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 5는 도 1 또는 2에 제공된 다중 입력 직교성의 예와 결합하여 사용하기 위한 수신기 처리의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 6은 도 3 또는 4에 제공된 알라모우티 송신 다이버시티를 갖는 다중 입력 직교성의 예와 결합하여 사용하기 위한 수신기 처리의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 7은 예시적인 통신 시스템에서 본 발명의 일 실시형태에 대해 직교 주파수 분할 멀티플렉싱을 사용하는 다이버시티 및 통신 채널 다중 입력 직교성의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7에 제공된 직교 주파수 분할 멀티플렉싱을 사용하는 다이버시티 및 다중 입력 직교성의 예와 결합하여 사용하기 위한 수신기 처리의 일 예를 블록도 형태로 도시하는 도면이다.
개시한 실시형태는 다중 입력 - 다중 출력 채널에서 대역폭 효율성을 증가시키기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이하 설명은 개시한 실시형태의 구현에 관한 특정 정보를 포함한다. 당업자는 개시한 실시형태가 본 출원에서 구체적으로 설명하는 것과는 상이한 방식으로 구현될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명을 불명료하게 하지 않도록 개시한 실시형태의 어떤 구체적인 상술을 설명하지 않는다. 본 출원에서 설명하지 않는 구체적인 상술은 당업자의 지식 내에 있다.
본 출원의 도면 및 첨부하는 상세한 설명은 단지 예시적인 실시형태에 관한 것이다. 간결함을 유지하기 위해, 본 발명의 원리를 사용하는 다른 실시형태를 본 출원에서 구체적으로 설명하지 않고 도면에 구체적으로 도시하지 않는다.
도 1은 일 실시형태에 따른 통신 채널로의 다중 입력의 직교성을 도시한다. 도 1에 도시한 예시적인 시스템 (100) 은 통신이 순방향 채널에 있을 때 일반적으로 기지국, 게이트웨이, 또는 위성 중계기내에 있을 수 있는 송신기의 일부분을 구 성한다. 예시적인 시스템 (100) 은 예를 들어, 광대역 코드 분할 다중 액세스 (WCDMA) 통신 시스템에서의 기지국 송신기의 일부분일 수 있다. 또한, WCDMA 통신 시스템은 "확산 스펙트럼 통신 시스템"이라 칭한다.
도 1에 도시한 예시적인 시스템 (100) 에서, 입력 비트 스트림 (101) 은 통신 채널을 통해 송신될 정보를 포함하는 사용자 신호를 포함한다. 통신 채널은 예를 들어, 다중 송신 안테나 및 다중 수신 안테나 사이의 모든 신호 경로를 포함하는, 무선 통신 시스템에서의 송신 및 수신 안테나 사이의 무선 주파수 송신일 수 있다. 이 예에서, 송신 안테나를 통신 채널로의 입력으로서 칭하고, 수신 안테나를 통신 채널의 출력으로서 칭한다. 통신 채널로의 하나 이상의 입력 또는 하나 이상의 출력이 있는 통신 시스템을 다중 입력 다중 출력 ("MIMO") 시스템이라 칭한다.
계속 도 1에서, 입력 비트 스트림 (101) 이 "트렐리스 코드" 블록 (102) 으로 공급된다. 트렐리스 코드 블록 (102) 은 입력 비트 스트림 (101) 에 대해, 전술한 바와 같이, 콘볼루션 코딩을 수행한다. 일 실시형태에서, 코드 블록 (102) 은 "레이트 (n-1)/n 트렐리스 코드라 칭하는, 형태 (n-1)/n의 코드 레이트로 콘볼루션 코딩을 수행한다. 전술한 바와 같이, 코드 레이트는 코딩된 정보의 출력 레이트에 의해 코딩되어 분할된 정보의 입력 레이트와 동일하거나, 입력 비트의 수 대 출력 비트의 수의 비율과 등가이다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 레이트 6/7 트렐리스가 사용되고, 따라서, 트렐리스 코드 블록 (102) 으로의 각 6 비트의 입력에 대해 7 비트의 출력이 있다.
트렐리스 코드 블록 (102) 은 QAM (쿼드러처 진폭 변조) 블록 (104) 과 결합하여 작동한다. 트렐리스 코드 블록 (102) 및 QAM 블록 (104) 의 결합 효과는 입력 비트 스트림 (101) 을 "변조 심볼 시퀀스"라 칭하는 변조 심볼의 시퀀스로 변환시키는 것이다. 변조 심볼은 1982 년 1월, IEEE Transactions in Information Theory, vol. IT-28, pp 55 - 67, G. Ungerboeck에 의한, "Channel Coding with Multilevel/Phase Signals" 이란 명칭의 논문에 기재되어 있는 바와 같은 복소 위상 공간에서 신호 포인트로서 표현될 수 있다. 일 실시형태에서, 128 변조 심볼을 갖는 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조, 또는 신호 포인트가 사용된다. 128 변조 심볼을 갖는 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조를 128-QAM이라 칭한다. 다른 쿼드러처 진폭 변조, 예를 들어, 8-QAM 및 32-QAM이 사용될 수 있다. 또한, 위상 진폭 변조 ("PAM"), 위상 시프트 키잉 ("PSK"), 또는 차동 위상 시프트 키잉 ("DPSK") 와 같은 다른 유형의 다중레벨/위상 변조가 사용될 수 있다. 상이한 변조 방식을 사용함으로써, 즉, 시스템의 동작 동안 변조 방식을 변화시킴으로써, 상이한 데이터 레이트 또는 스루풋이 신뢰도의 이율배반성에서 지원될 수 있다. 예를 들어, 8-QAM이 소정의 신호 송신 전력이지만 128-QAM 또는 32-QAM과 비교하여 더 낮은 데이터 송신 레이트에서 신호 송신의 에러 신뢰도를 증가시키기 위해 사용될 수 있고, 반대로, 32-QAM이 8-QAM과 비교하여 동일한 신호 전력에 대해 에러 성능의 감소한 신뢰도의 비용으로 스루풋 또는 데이터 레이트를 증가시시키 위해 사용될 수 있다. 달성될 수 있는 스루풋 및 신뢰도의 상이한 결합을 더욱 강화시키기 위해 변조의 선택이 이하 설명하는 왈쉬 함수의 선택과 결합하여 사용될 수 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, QAM 블록 (104) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스가 각각의 왈쉬 커버 (110, 112, 114, 및 116) 에 공급된다. 왈쉬 커버 (110) 은 "왈쉬 1"로 표시되고, 왈쉬 커버 (112) 는 "왈쉬 2"로 표시되고, 왈쉬 커버 (114) 는 "왈쉬 3"으로 표시되고, 왈쉬 커버 (116) 은 "왈쉬 4"로 표시된다. 각각의 왈쉬 커버 (110, 112, 114, 및 116) 는 개별 왈쉬 함수가 왈쉬 커버 (110, 112, 114, 및 116) 의 4개의 출력의 직교성을 달성하기 위해 각 왈쉬 커버에 의해 사용된다는 것을 표시하기 위해 상이하게 표시된다.
배경으로써, WCDMA 통신에서, 많은 신호가 서로 간섭하지 않고 동일한 대역폭을 동시에 채울수 있도록 각 개별 신호가 확산된다. 신호는 도 1에 도시한 예에서와 같이, 상이한 사용자로부터 발생할 수 있고, 신호는 전술한 바와 같이, 예를 들어, 다이버시티를 달성하기 위해 복제될 수 있다. 확산의 일 수단은 왈쉬 함수와 같은 "직교" 확산 코드 또는 함수를 각 개별 신호에 적용하는 것이다. "직교성"은 확산 함수 사이의 상관의 부족을 칭한다. 왈쉬 함수 (왈쉬 코드 시퀀스라 칭함) 를 사용하는 소정의 확산 스펙트럼 통신 시스템에서, n개 칩의 n개 로우를 갖는 사전-정의된 왈쉬 함수가 상이한 개별 신호를 구별하기 위해 사용되는 상이한 왈쉬 함수를 정의하기에 앞서서 설정된다. 이 예에서, 변조 심볼 시퀀스의 각 개별 복제본이 개별 왈쉬 함수에 할당된다. 다시 말해서, QAM 블록 (104) 으로부터의 출력 신호의 각 개별 복제본이 서로로부터 각 개별 신호를 분리시키기 위해 개별 왈쉬 코드 시퀀스에 의해 코딩된다.
CDMA 통신 시스템의 일반 원리, 및 특히 통신 채널을 통한 송신을 위한 확산 스펙트럼 신호의 생성에 대한 일반 원리가 본 발명의 양수인에게 양도된, "Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite or Terrestrial Repeaters"라는 명칭의 미국 특허 제 4,901,307 호에 기재되어 있다. 상기 특허, 즉, 미국 특허 제 4,901,307 호의 개시물은 참조로 본 명세서에 완전히 통합된다. 또한, 본 발명의 양수인에게 양도된, "System and Method for Generating Signal Waveforms in a CDMA Cellular Telephone System"이란 명칭의 미국 특허 제 5,103,459 호는 PN 확산에 관한 원리, 왈쉬 커버링, 및 CDMA 확산 스펙트럼 통신 신호를 생성하는 기술을 기재하고 있다. 상기 특허, 즉, 미국 특허 제 5,103,459 호의 개시물 또한 참조로 본 명세서에 완전히 통합된다. 또한, 현재 개시한 실시형태는 "하이 데이터 레이트"에 관한 여러 원리 및 데이터의 시간 멀티플렉싱을 활용하고, 이 실시형태는 본 발명의 양수인에게 양도된, 1997년 11월 3일에 출원된 "Method and Apparatus for High Rate Packet Data Transmission" 이란 명칭의 미국 특허 출원 제 08/963,386 호에 개시된 바와 같은, "high data rate"에서 사용될 수 있다. 또한, 상기 특허 출원의 개시물은 본 명세서에 완전히 통합된다.
또한, n개 칩의 n개 로우를 갖는 왈쉬 함수는 n차의 왈쉬 함수 매트릭스라고 칭한다. n이 4, 즉, 4차의 왈쉬 함수 매트릭스인 왈쉬 함수 매트릭스는 다음과 같다.
Figure 112003024553499-pct00001
이 예에서, 4개의 왈쉬 함수가 있고, 각 함수는 4개의 칩을 갖는다. 각 왈쉬 함수는 상기 왈쉬 함수 매트릭스에서 하나의 로우이다. 예를 들어, 왈쉬 함수 매트릭스의 제 2 로우는 시퀀스 1, 0, 1, 0 을 갖는 왈쉬 함수이다. 각 왈쉬 함수, 즉, 상기 매트릭스의 각 로우가 매트릭스의 어떤 다른 로우와 제로 상관을 갖는다는 것을 알 수 있다. 달리 말해서, 정확하게 모든 왈쉬 함수의 칩의 1/2이 매트릭스의 모든 다른 왈쉬 함수의 칩과 다르다.
각 개별 신호로의, 왈쉬 함수와 같은 개별 직교 확산 함수의 적용은 출력 칩의 각각의 확산 시퀀스로의 각 개별 신호에서의 각 변조 심볼의 변환을 초래하고, 여기서, 출력 칩의 각 확산 시퀀스는 출력 칩의 모든 다른 확산 시퀀스와 직교한다. 왈쉬 함수를 사용하여, 각 개별 신호의 각 변조 심볼을 특정 왈쉬 함수의 칩의 시퀀스와 XOR함으로써 변환이 수행될 수 있다. 상기 예에서 제 2 왈쉬 함수, 즉, 매트릭스의 제 2 로우를 사용하고, "
Figure 112003024553499-pct00002
"의 변조 심볼을 매트릭스의 제 2 로우와 XOR하는 것은 출력 칩 (
Figure 112003024553499-pct00003
,
Figure 112003024553499-pct00004
,
Figure 112003024553499-pct00005
,
Figure 112003024553499-pct00006
) 의 확산 시퀀스를 발생시키고, 여기서, "
Figure 112003024553499-pct00007
"는
Figure 112003024553499-pct00008
의 이진 성분을 나타낸다. 따라서, 이 예에서, 각 변조 심볼은 4의 길이를 갖는 출력 칩의 확산 시퀀스로 확산된다. 각 입력 변조 심볼에 대해 생성된 출력 칩의 수를 확산 계수라 칭하고, 이 예에서, 확산 계수는 4이다. 실제로, 길이 2 내지 512의 왈쉬 함수 (즉, 각 왈쉬 코드 시퀀스에서 2에서 512까지의 칩을 갖는 왈쉬 함수) 가 사용된다. 따라서, 확산 계수는 실제로 2에서 512까지의 범위일 수 있다.
따라서, 왈쉬 커버 (110) 의 출력 (120), 왈쉬 커버 (112) 의 출력 (122), 왈쉬 커버 (114) 의 출력 (124), 및 왈쉬 커버 (116) 의 출력 (126) 은 상호 직교하는 출력 칩의 확산 시퀀스이다. 각각의 출력 (120, 122, 124, 및 126) 은 통신 채널로 개별적으로 입력된다. 예를 들어, 출력 칩의 각 확산 시퀀스는 통신 채널로 각 신호 입력을 위해 분리 안테나를 사용하여 송신하기 이전에 펄스 형상 신호에 대해 사용된 FIR ("유한 지속기간 임펄스 응답") 필터로 전달될 수 있다. 신호 안테나 또는 다중 안테나를 사용할 수 있는 통신 채널의 출력에서의 수신기(들)는 신호를 수신한다. 예를 들어, 수신된 신호는 수신 FIR 필터 및 왈쉬 디-커버를 통해 전달될 수 있다. 왈쉬 디-커버는 원래의 개별 왈쉬 함수 확산의 개별 인버스 함수을 적용함으로써 출력 칩의 개별 확산 시퀀스를 역-확산시킨다 (즉, 왈쉬 함수 확산을 원상태로 돌린다). (확산 계수 4를 갖는) 상기 사용된 예로 돌아가서, 매트릭스의 제 2 로우 (1, 0, 1, 0) 가 데이터 심볼 시퀀스 (
Figure 112003024553499-pct00009
,
Figure 112003024553499-pct00010
,
Figure 112003024553499-pct00011
,
Figure 112003024553499-pct00012
) 를 생성하기 위해 출력 칩의 시퀀스 (
Figure 112003024553499-pct00013
,
Figure 112003024553499-pct00014
,
Figure 112003024553499-pct00015
,
Figure 112003024553499-pct00016
) 로 다시 XOR되고, 따라서, 역-확산 데이터 심볼은 "
Figure 112003024553499-pct00017
", 원래 입력 데이터 심볼이다. 따라 서, 원래의 변조 심볼 시퀀스가 복구될 수 있다.
변조 심볼 시퀀스가 예를 들어, 비터비 디코더일 수 있는 최대 가능성 디코더로 입력된다. 통신 채널에서의 결함으로 인해, 수신된 변조 심볼 시퀀스가 통신 채널에 입력되는 원래의 변조 심볼 시퀀스와 정확하게 동일하지 않을 수도 있다. 간단히 말하면, 최대 가능성 검출은 최대 가능성 디코더에 의해 수신된 변조 심볼 시퀀스가 생성될 것 같은 유효 변조 심볼 시퀀스를 결정한다. 따라서, 변조 심볼 시퀀스라 가정하면, 최대 가능성 디코더가 원래 변조 심볼 시퀀스의 "최상의 추정치"를 결정하고 출력 정보 시퀀스로 최상의 추정치를 디코딩한다. 최상의 추정치를 사용하기 때문에, 출력 정보 시퀀스는 송신된 원래 정보에 비교하여 최소의 에러를 포함한다.
따라서, 도 1은 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 직교 송신 다이버시티의 사용을 통해 통신의 더 큰 신뢰도를 제공하기 위해 사용될 수 있는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 2는 또 다른 실시형태에 따른 통신 채널로의 다중 입력의 직교성의 예를 나타낸다. 도 2에 도시한 예시적인 시스템 (200) 은 통신이 순방향 채널에 있을 때 기지국, 게이트웨이, 또는 위성 중계기내에 일반적으로 있을 수 있는 송신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (200) 은 예를 들어, WCDMA 통신 시스템 도는 확산 스펙트럼 통신 시스템의 기지국 송신기의 일부분일 수 있다.
도 2에 도시한 예시적인 시스템 (200) 에서, 입력 비트 스트림 (201) 은 한명 이상의 사용자의 신호를 포함한다. 신호는 통신 채널을 통해 송신될 정보 를 포함한다. 통신 채널은 예를 들어, 전술한 바와 같은, 다중 입력 다중 출력, 또는 MIMO, 채널을 구비하는 무선 통신 시스템의 송신 및 수신 안테나 사이의 무선 주파수 송신일 수 있다.
계속 도 2에서, 입력 비트 스트림 (201) 이 "트렐리스 코드" 블록 (202) 에 공급된다. 트렐리스 코드 블록 (202) 은 전술한 바와 같이, 입력 비트 스트림 (201) 에 대해 콘볼루션 코딩을 수행한다. 여기서 설명한 일 실시형태에서, 트렐리스 코드 블록 (202) 은 입력 비트 스트림 (201) 에 대해 레이트 (n-1)/n 트렐리스 코딩을 수행한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 레이트 6/7 트렐리스 코드가 사용된다.
트렐리스 코드 블록 (202) 은 QAM 블록 (204) 과 결합하여 작동한다. 트렐리스 코드 블록 (202) 및 QAM 블록 (204) 의 결합 효과는 변조 심볼이 전술한 복소 위상 공간의 신호 포인트로서 표현될 수 있는 변조 심볼 시퀀스로 입력 비트 스트림 (201) 을 변환시키는 것이다. 일 실시형태에서, 128 변조 심볼, 또는 128-QAM으로 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조가 사용된다. 전술한 바와 같이, 다른 변조가 사용될 수 있고, 상이한 왈쉬 함수와 결합하여, 스루풋 및 신뢰도의 다중 결합이 지원될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, QAM 블록 (204) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스의 일부분이 변조 심볼 시퀀스를 시간 디멀티플렉싱함으로써 각각의 왈쉬 커버 (210, 212, 214, 및 216) 로 차례로 공급된다. 즉, 개별 변조 심볼 시퀀스가 각각의 왈쉬 커버 (210, 212, 214, 및 216) 로 동시에 공급된다. 통신 채널의 용량이 도 1의 예와 동일하기 때문에, 각 분리 왈쉬 커버는 동일한 레이트로 확산 시퀀스를 통신 채널로 입력할 수 있다. 통신 채널로 공급된 정보의 증가한 양을 보상하기 위해, 트렐리스 코드 블록 (202) 및 QAM 블록 (204) 의 출력 레이트가 개별 변조 심볼 시퀀스를 각 왈쉬 커버에 공급하기 위해 4 계수만큼 증가하거나 "스피드 업"한다. 따라서, 도 2의 예에서의 최대 정보 스루풋 레이트가 도 1의 예에서의 최대 정보 스루풋의 4 계수 이상 증가한다. 그러나, 변조 심볼 시퀀스의 4개의 복제본이 통신 채널을 통해 동시에 송신될 때, 도 1의 예에 비교하여 도 2의 예에서 다이버시티의 대응하는 손실이 있다. 다시 말해, 도 1의 예에서의 증가한 어떤 신뢰도가 도 2의 예에서의 증가한 정보 스루풋, 또는 데이터 레이트에 대해 이율배반된다.
왈쉬 커버 (210) 는 "왈쉬 1"로 표시되고, 왈쉬 커버 (212) 는 "왈쉬 2"로 표시되고, 왈쉬 커버 (214) 는 "왈쉬 3"으로 표시되고, 왈쉬 커버 (216) 은 "왈쉬 4"로 표시된다. 각각의 왈쉬 커버 (210, 212, 214, 및 216) 는 개별 왈쉬 함수가 왈쉬 커버 (210, 212, 214, 및 216) 의 4개의 출력의 직교성을 달성하기 위해 각 왈쉬 커버에 의해 사용된다는 것을 나타내기 위해 상이하게 표시된다. 따라서, 왈쉬 커버 (210) 의 출력 (220), 왈쉬 커버 (212) 의 출력 (222), 왈쉬 커버 (214) 의 출력 (224), 및 왈쉬 커버 (216) 의 출력 (226) 이 상호 직교인 출력 칩의 확산 시퀀스이다. 각각의 출력 (220, 222, 224, 및 226) 은 통신 채널로 개별적으로 입력된다. 예를 들어, 출력 칩의 각 확산 시퀀스가 통신 채널로의 각 신호 입력을 위해 분리 안테나를 사용하여 송신하기 이전에, 펄스 형상 신호에 대해 사용되는 FIR 필터로 패스 온될 수 있다. 단일 안테나 또는 다중 안테나를 사용할 수 있는 통신 채널의 출력에서의 수신기(들)가 전술한 바와 같이, 신호를 수신하고, 수신 FIR 필터를 통해 신호를 전달하고, 신호를 왈쉬 디-커버하고, 최대 가능성 디코딩을 사용하여 변조 심볼 시퀀스를 디코딩한다.
따라서, 도 2는 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 직교 송신 다이버시티의 사용을 통해, 증가된 신뢰도 및 증가된 데이터 레이트 사이의 이율배반성을 이용하여 통신의 더 큰 신뢰도 및 증가된 데이터 레이트를 제공하기 위해 사용될 수 있는 시스템의 일 예를 도시한다.
도 3은 일 실시형태에 따른 통신 채널로의 다중 입력의 알라모우티 송신 다이버시티를 갖는 직교성의 일 예를 나타낸다. 도 3에 도시한 예시적인 시스템 (300) 은 통신이 순방향 채널에 있을 때, 일반적으로 기지국, 게이트웨이, 또는 위성 중계기내에 있을 수 있는 송신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (300) 은 예를 들어, WCDMA 통신 시스템 또는 확산 스펙트럼 통신 시스템의 기지국 송신기의 일부분일 수 있다.
도 3에 도시한 예시적인 시스템 (300) 에서, 입력 비트 스트림 (301) 은 통신 채널을 통해 송신될 정보를 포함하는 사용자 신호를 포함한다. 통신 채널은 예를 들어, 전술한 바와 같은, 다중 입력 다중 출력, 또는 MIMO, 채널을 구비하는 무선 통신 시스템에서 송신 및 수신 안테나 사이의 무선 주파수 송신일 수 있다.
계속 도 3에서, 입력 비트 스트림 (301) 이 "트렐리스 코드" 블록 (302) 에 공급된다. 트렐리스 코드 블록 (302) 은 입력 비트 스트림 (301) 에 대해 전술 한 바와 같이, 콘볼루션 코딩을 수행한다. 여기에 설명한 일 실시형태에서, 트렐리스 코드 블록 (302) 은 입력 비트 스트림 (301) 에 대해 레이트 (n-1)/n 트렐리스 코딩을 수행한다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 레이트 6/7 트렐리스 코드가 사용된다.
트렐리스 코드 블록 (302) 은 QAM 블록 (304) 과 결합하여 작동한다. 트렐리스 코드 블록 (302) 및 QAM 블록 (304) 의 결합 효과는 전술한 바와 같이, 변조 심볼이 복소 위상 공간에서 신호 포인트로서 표현될 수 있는 변조 심볼 시퀀스로 입력 비트 스트림 (301) 을 변환시키는 것이다. 일 실시형태에서, 128 변조 심볼, 또는 128-QAM을 갖는 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조가 사용된다. 전술한 바와 같이, 다른 변조가 사용될 수 있고, 상이한 왈쉬 함수와 결합하여, 스루풋 및 신뢰도의 다중 결합이 지원될 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, QAM 블록 (304) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스가 각각의 알라모우티 블록 (306 및 308) 으로 제공된다. 각각의 알라모우티 블록 (306 및 308) 의 입력 및 출력은 동일하다. 도 3에 나타낸 바와 같이, QAM 블록 (304) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스가 알라모우티 블록 (306 및 308) 의 "A" 입력 및 알라모우티 블록 (306 및 308) 의 "B" 입력으로 선택적으로 전달된다. 따라서, QAM 블록 (304) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스가 심볼의 입력 그룹으로 효과적으로 그룹화되고, 각 입력 그룹은 이 예에서 "A 심볼" 및 "B 심볼" 이라 불리는 2개의 심볼을 포함한다. 각각의 알라모우티 블록 (306 및 308) 은 제 1 및 제 2 출력을 갖는다. 변조 심볼의 각 입력 그룹에 대하여, 각각의 알라모우티 블록 (306 및 308) 의 제 1 출력은 B 심볼의 복소 콘쥬게이트에 의해 연속 추종되는 A 심볼이고, 이것은 도 3에 표기법 "(A, B*)" 로 표시된다. 각 변조 심볼이 복소 위상 공간에서 신호 포인트로서, 즉, 복소수로서 표현된다는 것을 상기한다. 변조 심볼의 각 입력 그룹에 대하여, 각각의 알라모우티 블록 (306 및 308) 의 제 2 출력은 A 심볼의 음의 복소 콘쥬게이트에 의해 연속 추종되는 B 심볼이고, 이것은 도 3에 표기법 "(B, -A*)" 로 표시된다. 이런 방식의 이론적인 정당성 및 이점이 1998년 10월, S. M. Alamouti에 의한, IEEE Journal on Select Areas in Communications, vol. 16, no. 8, pp1451 - 58, "A Simple Transmit Diversity Technique for Wireless Communications" 라는 명칭의 논문에 기재되어 있다. 이 예에서 설명하는 다이버시티 인코딩 방식은 공간 시간 인코딩이라 칭한다. 여기에 참조한 논문에 기재되어 있는 바와 같이, 공간 주파수 인코딩이 당업자에게 명백한 바와 같이 이 예에서 또한 사용될 수 있다. 알라모우티 블록 (306) 의 제 1 출력이 왈쉬 커버 (310) 로 공급된다. 알라모우티 블록 (306) 의 제 2 출력이 왈쉬 커버 (312) 로 공급된다. 알라모우티 블록 (308) 의 제 1 출력이 왈쉬 커버 (314) 로 공급된다. 알라모우티 블록 (308) 의 제 2 출력이 왈쉬 커버 (316) 로 공급된다.
왈쉬 커버 (310) 는 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (312) 도 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (314) 는 "왈쉬 2" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (316) 도 "왈쉬 2" 로 표시된다. 왈쉬 커버 (310, 312) 각각은 동일하게 "왈쉬 1" 로 표시되 어, 동일한 왈쉬 함수가 알라모우티 블록 (306) 의 양쪽 출력을 확산하는 데 사용되는 것을 나타낸다. 유사하게, 왈쉬 커버 (314, 316) 각각은 "왈쉬 2" 로 동일하게 표시되어, 동일한 왈쉬 함수가 알라모우티 블록 (308) 의 양쪽 출력을 확산하는 데 사용되는 것을 나타낸다. 다시 말해, 왈쉬 커버의 각각의 쌍의 양쪽 왈쉬 커버는 동일한 왈쉬 함수를 사용한다. 왈쉬 커버 (310, 312) 는 왈쉬 커버 (314, 316) 와는 다르게 표시되어, 별개의 왈쉬 함수가 왈쉬 커버의 각각의 쌍에 의해 사용되어 왈쉬 커버 (310, 312, 314, 316) 의 4개의 출력의 쌍별 상호 직교성을 달성하는 것을 나타낸다. 즉, 쌍별 상호 직교성은 왈쉬 커버의 각각의 쌍이 왈쉬 커버의 모든 다른 쌍과 직교하는 상태를 말한다. 따라서, 왈쉬 커버 (310) 의 출력 (320), 왈쉬 커버 (312) 의 출력 (322), 왈쉬 커버 (314) 의 출력 (324), 및 왈쉬 커버 (316) 의 출력 (326) 은 출력 (320, 322) 의 쌍이 출력 (324, 326) 의 쌍과 직교하는 확산 시퀀스의 출력 칩이다. 출력 (320, 322, 324, 326) 각각은 통신 채널에 개별적으로 입력된다. 예를 들어, 출력 칩의 각각의 확산 시퀀스는 통신 채널로의 각각의 신호 입력을 위한 별개의 안테나를 이용하여 송신하기 이전에, 펄스 형상 신호에 이용하는 FIR 필터로 전달될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 단일 안테나 또는 다중 안테나를 사용할 수 있는, 통신 채널의 출력에서의 수신기 또는 수신기들은, 신호를 수신하고 수신 FIR 필터를 통하여 신호를 전달하고, 신호를 왈쉬 디커버하고, 최대 가능성 디코딩을 이용하여 변조 심볼 시퀀스를 디코딩한다.
도 3 의 예에 있는 최대 정보 스루풋 레이트는 도 1 의 예 보다 계수 2 만큼 증대된다. 또한, 도 3 의 예에 있는 알라모우티 다이버시티 인코딩을 사용하여, 도 2 의 예에 비하여 다이버시티가 향상된다. 따라서, 도 3 은 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서의 직교 송신 다이버시티를 사용하여 더 큰 통신 신뢰성과 증대된 데이터 레이트를 제공하도록 사용될 수 있는 시스템의 예를 나타내며, 여기서 더 큰 신뢰성과 증대된 데이터 레이트는 서로 이율 배반성을 갖는다.
도 4 는 다른 실시형태에 따른 통신 채널로의 다중 입력의 알라모우티 송신 다이버시티의 직교성의 예를 나타낸다. 도 4 에 나타낸 예시적인 시스템 (400) 은 통신이 순방향 채널에서 행해질 때 일반적으로 기지국, 게이트웨이, 또는 위성 중계기에 있을 수 있는 송신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (400) 은, 예를들어 WCDMA 통신 시스템이나 확산 스펙트럼 통신 시스템의 기지국 송신기의 일부분일 수 있다.
도 4 에 나타낸 예시적인 시스템 (400) 에서, 입력 비트 스트림 (401) 은 통신 채널을 통하여 송신할 정보를 포함하는 하나 이상의 사용자의 신호를 포함한다. 통신 채널은, 예를들어 위에서 설명한 다중 입력 다중 출력, 또는 MIMO 채널을 포함하는 무선 통신 시스템의 송신 안테나와 수신 안테나 간의 무선 주파수 송신일 수 있다.
계속하여 도 4 에서, 입력 비트 스트림 (401) 은 "트렐리스 코드" 블록 (402) 에 제공된다. 위에서 설명한 바와 같이, 트렐리스 코드 블록 (402) 은 입력 비트 스트림 (401) 에 콘볼루션 코딩을 수행한다. 여기서 설명하는 일 실시형태에서, 트렐리스 코드 블록 (402) 는 입력 비트 스트림 (401) 에 레이트 (n-1)/n 트렐리스 코딩을 수행한다. 예를 들어, 일 실시형태에서는 레이트 6/7 트렐리스 코드를 사용한다.
트렐리스 코드 블록 (402) 은 QAM 블록 (404) 과 연동한다. 트렐리스 코드 블록 (402) 과 QAM 블록 (404) 의 합성 효과는 입력 비트 스트림 (401) 을 변조 심볼 시퀀스로 변환하며, 여기서 변조 심볼은 위에서 언급한 복소 위상 공간에서 신호 포인트로 나타낼 수 있다. 일 실시형태에서는, 128 변조 심볼이나 128-QAM 으로 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조가 이용된다. 위에서 언급한 바와 같이, 다른 변조를 이용될 수 있으며, 다른 왈쉬 함수와 관련되어 스루풋과 신뢰성의 다양한 조합이 지원될 수 있다.
도 4 에 나타낸 바와 같이, QAM 블록 (404) 의 변조 심볼 시퀀스의 일부분이 변조 심볼 시퀀스를 시간 디멀티플렉싱하여 알라모우티 블록 (406, 408) 의 각각에 차례로 공급된다. 즉, 개별적인 변조 심볼 시퀀스가 알라모우티 블록 (406, 408) 각각의 입력 각각에 동시에 공급된다. 다르게는, 도 4 에 나타낸 바와 같이, QAM 블록 (404) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스는 알라모우티 블록 (406) 의 "A" 및 "B" 입력으로 전달된 후, 알라모우티 블록 (408) 의 "C" 및 "D" 입력으로 전달된다. 따라서, QAM 블록 (404) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스는 심볼의 입력 그룹으로 효과적으로 그룹화되며, 각각의 입력 그룹은 4 개의 심볼을 포함하며, 본 예에서는 "A 심볼", "B 심볼", "C 심볼", 및 "D 심볼" 이라고 언급한다.
알라모우티 블록 (406, 408) 각각은 제 1 및 제 2 출력을 갖는다. 변조 심볼의 각각의 입력에 대하여, 알라모우티 블록 (406) 의 제 1 출력은 표기법 "(A, B*)" 로 도 4 에 나타낸, B 심볼의 복소 콘쥬게이트가 순차적으로 후속하는 A 심볼이다. 각각의 변조 심볼은 복소 위상 공간의 신호 점, 즉 복소수로서 표현된다. 변조 심볼의 각각의 입력 그룹에 대하여, 알라모우티 블록 (406) 의 제 2 출력은 표기법 "(B, -A*)" 으로 도 4 에 나타낸, A 심볼의 음의 복소 콘쥬게이트가 순차적으로 후속하는 B 심볼이다. 변조 심볼 각각의 입력 그룹에 대하여, 알라모우티 블록 (408) 의 제 1 출력은 표기법 (C, D*) 으로 도 4 에 나타낸, D 심볼의 복소 콘쥬게이트가 순차적으로 후속하는 C 심볼이다. 변조 심볼의 각각의 입력 그룹에 대하여, 알라모우티 블록 (408) 의 제 2 출력은 표기법 "(D, -C*) 으로 도 4 에 나타낸, C 심볼의 음의 복소 콘쥬게이트가 순차적으로 후속하는 D 심볼이다. 본 예에서 설명하는 다이버시티 인코딩 방식은 S. M. Alamouti 의 상술한 논문에 설명된 공간 시간 인코딩의 변형이다. 상술한 논문에서 설명된 바와 같이, 공간 주파수 인코딩도 본 예에서 사용할 수 있으며, 이는 당업자에게 자명하다. 알라모우티 블록 (406) 의 제 1 출력은 왈쉬 커버 (410) 에 공급된다. 알라모우티 블록 (406) 의 제 2 출력은 왈쉬 커버 (412) 에 공급된다. 알라모우티 블록 (408) 의 제 1 출력은 왈쉬 커버 (414) 에 공급된다. 알라모우티 블록 (408) 의 제 2 출력은 왈쉬 커버 (416) 에 공급된다.
왈쉬 커버 (410) 는 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (412) 도 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (414) 는 "왈쉬 2" 로 표시되고, 왈쉬 커버 (416) 도 "왈쉬 2" 로 표시된다. 왈쉬 커버 (410, 412) 각각은 "왈쉬 1" 로 동일하게 표시되어, 동일한 왈쉬 함수가 알라모우티 블록 (406) 의 출력 양쪽을 확산하는 데 사용되는 것을 나타낸다. 유사하게, 왈쉬 커버 (414, 416) 각각은 "왈쉬 2" 로 동일하게 표시되어, 동일한 왈쉬 함수가 알라모우티 블록 (408) 의 출력 양쪽을 확산하는 데 사용되는 것을 나타낸다. 왈쉬 커버 (410, 412) 는 왈쉬 커버 (414, 416) 과는 다르게 표시되어, 별개의 왈쉬 함수가 왈쉬 커버의 각각의 쌍에 의해 사용되어 왈쉬 커버 (410, 412, 414, 416) 의 4개의 출력의 쌍별 상호 직교성을 달성하는 것을 나타낸다. 따라서, 왈쉬 커버 (410) 의 출력 (420), 왈쉬 커버 (412) 의 출력 (422), 왈쉬 커버 (414) 의 출력 (424), 및 왈쉬 커버 (416) 의 출력 (426) 은 출력 (420, 422) 의 쌍이 출력 (424, 426) 의 쌍에 직교하는 확산 시퀀스의 출력 칩이다. 출력 (420, 422, 424, 426) 각각은 통신 채널에 개별적으로 입력된다. 예를 들어, 각각의 확산 시퀀스의 출력 칩은 통신 채널로의 각각의 신호 입력을 위한 별개의 안테나를 이용하여 송신하기 이전에, 펄스 형상 신호에 이용하는 FIR 필터로 전달될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 단일 안테나 또는 다중 안테나를 사용할 수 있는 통신 채널의 출력에서의 수신기 또는 수신기들은, 신호를 수신하고 수신 FIR 필터를 통하여 신호를 전달하고, 신호를 왈쉬 디커버하고, 최대 가능성 디코딩을 이용하여 변조 심볼 시퀀스를 디코딩한다.
도 4 의 예에 있는 최대 정보 스루풋 레이트는 도 3 의 예 보다 계수 2 만큼 증대된다. 따라서, 도 4 의 예에 있는 정보 스루풋 레이트는 도 2 의 예에 있는 정보 스루풋 레이트와 동일하다. 또한, 도 4 의 예에 있는 알라모우티 다이버시티 인코딩을 사용하여, 도 2 의 예에 비하여 다이버시티가 향상된다. 따라서, 도 4 는 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 직교 송신 다이버시티를 사용하 여 더 큰 통신 신뢰성과 증대된 데이터 레이트를 제공하도록 사용될 수 있는 시스템의 예를 나타내며, 여기서 더 큰 신뢰성과 증대된 데이터 레이트는 서로 이율 배반성을 갖는다.
도 5 는 일 실시형태에 따른 수신기 처리의 일예를 나타낸다. 도 5 에 나타낸 예시적인 시스템 (500) 은 통신이 순방향 채널에서 행해질 때 가입자 유닛이나 모바일 유닛에 일반적으로 존재하는 수신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (500) 은, 예를들어 WCDMA 통신 시스템이나 확산 스펙트럼 통신 시스템의 가입자 유닛 수신기의 일부분일 수 있다.
도 5 에 나타낸 예시적인 시스템 (500) 에서, 입력 신호 (501) 는 4개의 입력을 갖는 통신 채널로부터 수신된다. 통신 채널은, 예를들어, 위에서 설명한 다중 입력 다중 출력, 또는 MIMO 채널을 포함하는 무선 통신 시스템의 다수의 송신 안테나와 수신 안테나 간의 무선 주파수 송신일 수 있다. 4개의 수신 안테나를 갖는 채널에 대하여, 예를들어 각각의 개별 수신 안테나에 대하여 예시적인 시스템 (500) 의 "카피" 가 존재할 수 있다.
계속하여 도 5 에서, 도 5 에 나타낸 수신 처리는 도 1 또는 도 2 에 사용된 송신 처리중 하나와 함께 사용하기 위한 것이다. 따라서, 입력 신호 (501) 는 도 1 또는 도 2 중의 하나의 왈쉬 1, 왈쉬 2, 왈쉬 3, 및 왈쉬 4 각각으로 커버된 왈쉬이었던 복합 신호를 포함한다. 입력 신호 (501) 은 왈쉬 디커버 (512, 514, 516, 518) 각각으로 전달된다.
왈쉬 디커버 (512) 는 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 디커버 (514) 는 "왈쉬 2" 로 표시되고, 왈쉬 디커버 (516) 는 "왈쉬 3" 으로 표시되고, 왈쉬 디커버 (518) 은 "왈쉬 4" 로 표시된다. 왈쉬 디커버 (512, 514, 516, 518) 각각은 도 1 이나 도 2 로부터의 해당 송신 신호를 디커버하기 위해서 동일한 별개의 왈쉬 함수가 각각의 왈쉬 디커버에 의해 사용되는 것을 나타내도록 표시된다. 따라서, 왈쉬 디커버 (512, 514, 516, 518) 의 4개의 출력은 도 1 의 경우에서 송신된 단일의 변조 심볼 시퀀스의 4개의 복제본에 대응하거나, 다르게는 도 2 의 경우에서 송신된 4개의 개별 변조 심볼 시퀀스에 대응한다. 왈쉬 디커버 (512) 에 의해 출력된 복제본 또는 개별 변조 심볼 시퀀스는 메트릭 생성 블록 (522) 으로 전달되고, 왈쉬 디커버 (514) 의 출력은 메트릭 생성 블록 (524) 으로 전달되고, 나머지도 도 5 에 나타낸 바와 같이 이런 식으로 된다.
메트릭 생성 블록 (522, 524, 526, 528) 각각은 트렐리스 디코더로의 입력에 대하여 "경로 메트릭" 생성 또는 "브랜치 메트릭" 생성이라고도 불리는 메트릭 생성을 수행하며, 트렐리스 디코더는 예를들어 비터비 디코더일 수 있다. 예를들어, 메트릭 생성 블록 (522, 524, 526, 528) 각각은 왈쉬 디커버 동작의 각각의 출력을, 각각의 가능한 송신된 변조 심볼의 복소 콘쥬게이트로 곱한 후, 추정된 복소 경로 이득의 복소 콘쥬게이트로 곱하고, 그 결과의 실수부의 두배를 취하고, 가능한 송신된 변조 심볼의 크기의 제곱의 채널 경로 이득의 크기의 제곱배을 포함하는 바이어스 항을 빼서, 트렐리스 디코더로의 입력에 대한 메트릭 값을 생성한다. 도 5 에 나타낸 바와 같이, 메트릭 생성 블록 (522, 524, 526, 528) 에 의해 출력된 메트릭 값은 모두 트렐리스 디코드 블록 (532) 으로 공급된다. 트렐 리스 디코드 블록 (532) 의 출력 (533) 은 하나 이상의 사용자의 최초 입력 비트 스트림, 즉 도 1 인 경우에는 입력 비트 스트림 (101) 또는 도 2 인 경우에는 입력 비트 스트림 (201) 의 위에서 설명한 최대 가능성 추정치이다. 이와 같이, 도 5 는 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 신호 직교성을 이용하기 위한 수신기 처리의 일 예를 나타낸다.
도 6 은 일 실시형태에 따른 수신기 처리의 일예를 나타낸다. 도 6 에 나타낸 예시적인 시스템 (600) 은 통신이 순방향 채널에서 행해질 때 가입자 유닛이나 모바일 유닛에 일반적으로 존재하는 수신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (600) 은, 예를들어 WCDMA 통신 시스템이나 확산 스펙트럼 통신 시스템의 가입자 유닛 수신기의 일부분일 수 있다.
도 6 의 예시적인 시스템 (600) 에서, 입력 신호 (601) 은 4개의 입력을 갖는 통신 채널로부터 수신된다. 통신 채널은 예를들어 위에서 설명한 다중 입력 다중 출력 또는 MIMO 채널을 포함하는 무선 통신 시스템의 다수의 송신 안테나 및 수신 안테나 간의 무선 주파수 송신일 수 있다. 4개의 수신 안테나를 갖는 채널에 대하여, 예를들어, 예시적인 시스템 (600) 의 "카피" 가 각각의 개별 수신 안테나에 대하여 존재할 수 있다.
계속하여 도 6 에서, 도 6 에 나타낸 수신 처리는 도 3 또는 도 4 에서 사용된 송신 처리 중 하나와 함께 사용하기 위한 것이다. 따라서, 입력 신호 (601) 는 도 3 또는 도 4 중 하나의 왈쉬 1 및 왈쉬 2 각각으로 커버된 왈쉬이었던 복합 신호를 포함한다. 입력 신호 (601) 는 왈쉬 디커버 (602, 604) 각각으로 전달 된다.
왈쉬 디커버 (602) 는 "왈쉬 1" 로 표시되고, 왈쉬 디커버 (604) 는 "왈쉬 2" 로 표시된다. 왈쉬 디커버 (602, 604) 각각은 도 3 이나 도 4 로부터의 해당 송신 신호를 디커버하기 위해서 동일한 별개의 왈쉬 함수가 각각의 왈쉬 디커버에 의해 사용되는 것을 나타내도록 표시된다. 따라서, 왈쉬 디커버 (602, 604) 의 2개의 출력은, 수신 심볼 쌍의 각각의 심볼이 위에서 언급한 알라모우티 기술을 이용하여 추정될 수 있는 수신 심볼쌍에 대응한다.
간단한 설명을 통하여, 도 3 에 나타낸 심볼쌍 (A, B*) 은, 쌍이 (h1A, h1B*) 이 "되도록" h1 의 채널 경로 이득으로 송신될 수 있고, 도 3 에 나타낸 심볼쌍 (B, -A*) 은 쌍이 (h2B, -h2A*) 이 되도록 h2 의 채널 경로 이득으로 송신될 수 있다. 제 1 시간 인터벌 동안, 채널로부터의 일정량의 잡음 n(1) 은 r(1) 이라고 하는 제 1 시간 인터벌에서 수신된 신호에 추가된다. 그후, 제 1 시간 인터벌의 수신 신호는,
r(1) = h1A + h2B + n(1)
이다.
제 2 시간 인터벌동안, 채널로부터의 일정량의 잡음 n(2) 는 r(2) 라고 하는 제 2 시간 인터벌에서 수신한 신호에 추가된다. 그후, 제 2 시간 인터벌의 수신 신호는
r(2) = h1B* - h2A* + n(2)
이다.
예를 들어, r(1) 과 r(2) 값을 시간적으로 동일한 시점에 이용가능하게 만드는 신호 지연 요소의 도움으로, "제 1 심볼 알라모우티 추정" 이라고 표시된 블록은 r(1) 과 r(2) 에 다음의 대수 연산을 수행한다.
제 1 심볼 추정치 = h1 *r(1) - h2r*(2)
유사하게, "제 2 심볼 알라모우티 추정" 이라고 표시된 블록은 r(1) 과 r(2) 에 다음 대수 연산을 수행한다.
제 2 심볼 추정치 = h2 *r(1) + h1r*(2)
복소 대수학을 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
제 1 심볼 추정치 =
Figure 112003024553499-pct00018
제 2 심볼 추정치 =
Figure 112003024553499-pct00019
따라서, "제 1 심볼 추정치" 는 심볼 "A" 의 추정치이고, "제 2 심볼 추정치" 는 심볼 "B" 의 추정치이다. 각각의 추정치는 바이어스
Figure 112007000359457-pct00020
를 포함하며, 이는 메트릭 생성 블록 (622, 624, 626, 628) 에 의해 오프셋될 수 있다.
도 3 의 송신 프로세스가 사용되는 경우에, 왈쉬 1 과 왈쉬 2 양쪽은 심볼쌍 A, B 를 커버한다. 따라서, 도 3 의 경우에서, 도 6 에 나타낸 제 1 심볼 알 라모우티 추정 블록 (612) 의 출력 심볼 S1 은 심볼 "A" 의 추정치이고, 제 2 심볼 알라모우티 추정 블록 (614) 의 출력 심볼 S2 는 심볼 "B" 의 추정치이고, 출력 심볼 S3 는 심볼 "A" 의 추정치이고, 출력 심볼 S4 는 심볼 "B" 의 추정치이다.
도 4 의 송신 프로세스가 사용되는 경우에, 왈쉬 1 은 심볼 쌍 A, B를 커버하고, 왈쉬 2 는 심볼 쌍 C, D 를 커버한다. 따라서, 도 4 의 경우에서, 도 6 에 나타낸 제 1 심볼 알라모우티 추정 블록 (612) 의 출력 심볼 S1 은 심볼 "A" 의 추정치이고, 제 2 심볼 알라모우티 추정 블록 (614) 의 출력 심볼 S2 는 심볼 "B" 의 추정치이고, 제 1 심볼 알라모우티 블록 (616) 의 출력 심볼 S3 는 심볼 "C" 의 추정치이고, 제 2 심볼 알라모우티 추정 블록 (618) 의 출력 심볼 S4 는 심볼 "D" 의 추정치이다.
심볼 추정치는 도 6 에 각각 나타낸 메트릭 생성 블록 (622, 624, 626, 628) 각각으로 전달된다. 메트릭 생성 블록 (622, 624, 626, 628) 각각은, 트렐리스 디코더로의 입력에 대하여, "경로 메트릭" 생성이나 "브랜치 메트릭" 생성이라고도 불리는 메트릭 생성을 수행하며, 트렐리스 디코더는 예를들어 비터비 디코더일 수 있다. 예를들어, 메트릭 생성 블록 (622, 624, 626, 628) 각각은 알라모우티 추정 블록 각각에 의해 생성된 심볼 추정치의 시퀀스의 각각의 변조 심볼 추정치를 각각의 가능한 송신된 변조 심볼의 복소 콘쥬게이트로 곱하고, 그 결과의 실수부의 2배를 취하고, 가능한 송신된 변조 심볼의 크기의 제곱의
Figure 112007000359457-pct00021
배를 포함하는 바이어스 항을 빼서, 트렐리스 디코더로의 입력에 대한 메트릭 값을 생성한다. 도 6 에 나타낸 바와 같이, 메트릭 생성 블록 (622, 624, 626, 628) 에 의해 출력된 메트릭 값은 모두 트렐리스 디코드 블록 (632) 으로 공급된다. 트렐리스 디코드 블록 (632) 의 출력 (633) 은 도 3 의 경우에서 최초 사용자 입력 비트 스트림이나 도 4 의 경우에서 다수 사용자의 입력 비트 스트림 중 하나의 위에서 설명한 최대 가능성 추정치이다. 이와 같이, 도 6 은 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 알라모우티 송신 다이버시티의 신호 직교성을 이용하기 위한 수신기 처리의 일예를 나타낸다.
도 7 은 일 실시형태에서 OFDM 이 어떻게 사용되는 지의 일예를 나타낸다. 예시적인 시스템 (700) 은 순방향 채널에서 통신이 행해질 때 기지국, 게이트웨이, 또는 위성 중계기에 일반적으로 있을 수 있는 송신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (700) 은, 예를들어 WCDMA 통신 시스템 또는 확산 스펙트럼 통신 시스템의 기지국 송신기의 일부분일 수 있다.
도 7 의 예시적인 시스템 (700) 에서, 입력 비트 스트림 (701) 은 하나 이상의 사용자의 신호를 포함한다. 신호는 통신 채널을 통해서 송신될 정보를 포함한다. 예를들어, 통신 채널은 위에서 설명한 다중 입력 다중 출력 또는 MIMO 채널을 포함하는 무선 통신 시스템의 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 무선 주파수 송신일 수 있다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 입력 비트 스트림 (701) 은 "트렐리스 코딩된 QAM" 블록 (702) 에 제공된다. 트렐리스 코딩된 QAM 블록 (202) 는 입력 비트 스트림 (701) 에, 도 1 과 2 와 관련하여 위에서 설명한, 콘볼 루션 코딩 및 쿼드러쳐 진폭 변조를 수행한다.
계속하여 도 7 에서, 트렐리스 코딩된 QAM 블록 (202) 으로부터의 변조 심볼 시퀀스는 주파수 코딩 및 시간 디멀티플렉싱 블록 (704) 에 공급된다. 주파수 코딩 및 시간 디멀티플렉싱 블록 (704) 은 변조 심볼 시퀀스를 시간 디멀티플렉싱하여 왈쉬/알라모우티 블록 (712, 714, 716) 각각에 변조 심볼 시퀀스를 공급한다. 즉, 변조 심볼 시퀀스의 일부분은 각각의 왈쉬/알라모우티 블록에 대한 개별적인 별개의 주파수에서 왈쉬/알라모우티 블록 (712, 714, 716) 각각에 동시에 공급된다. 또한, 각각의 개별적인 별개의 주파수는 "주파수 빈" 이라고 부른다. 도 7 에 나타낸 예는 본 예에서는 간결하고 간단하도록 단지 3 개의 개별 주파수 또는 주파수 빈을 이용한다. 따라서, 도 7 의 예는 각각의 주파수 빈에 대하여 하나씩 3개의 왈쉬/알라모우티 블록을 나타낸다. 실제로, 주파수 빈의 임의의 원하는 개수는 실제 고려사항에 기초하여 사용할 수 있다. 왈쉬/알라모우티 블록의 개수는 적절히 조절될 수 있으며, 이는 당업자에게 명백하다.
또한, 본 예는 변조 심볼 시퀀스의 스트레이트포워드 디멀티플렉싱에 기초한다. 즉, 변조 심볼 시퀀스로부터의 심볼은 제 1 주파수 빈으로 코딩되고, 후속 심볼은 제 2 주파수 빈으로 코딩되고, 다음 후속 심볼은 제 3 주파수 빈으로 코딩되고, 그 다음 후속 심볼은 제 1 주파수 빈으로 다시 한번 코딩되고, 각각의 후속 심볼에 대하여도 이런 식으로 된다. 이 방식에 대한 다양한 변형이 가능하며, 예를들어 전체 변조 심볼 시퀀스의 복제본이 각각의 주파수 빈으로 코딩될 수 있다. 예를 들어, 심볼 반복 및 심볼 인터리빙 같은 당업계에 공지된 다수의 다 른 기술 중 임의의 것을 사용할 수도 있다. 이들 기술을 구현하는 세부사항은 당업자에게 명백하며, 따라서 여기서 제시하지는 않는다.
계속하여 도 7 에서, 왈쉬/알라모우티 블록 각각은 도 1 내지 4중 임의의 하나와 관련하여 위에서 설명한 트렐리스 코딩된 변조에 후속하는 처리를 수행한다. 예를 들어, 도 4 의 처리가 왈쉬/알라모우티 블록 (712, 714, 716) 각각에 대하여 선택된 경우, 왈쉬/알라모우티 블록 (712, 714, 716) 각각은 알라모우티 블록 (406, 408) 과 왈쉬 커버 (410, 412, 414, 416) 에 대하여 도 4 에 나타낸 처리를 수행한다. 예를들어, 왈쉬/알라모우티 블록 (712) 의 경우에, 왈쉬/알라모우티 블록 (712) 에 입력되는 변조 심볼 시퀀스는 먼저 도 4 의 알라모우티 블록 (406) 과 알라모우티 블록 (408) 에 대응하는 2개의 알라모우티 블록으로 디멀티플렉싱된다. 따라서, 왈쉬/알라모우티 블록 (712) 의 출력은 왈쉬 커버 (410, 412, 414, 416) 에 대응하는 4개의 왈쉬 커버의 출력이다. 따라서, 왈쉬/알라모우티 블록 (712) 의 출력은 도 4 와 관련하여 위에서 설명한 출력 칩의 4개의 쌍별 직교 확산 시퀀스이다. 따라서, 위에서 설명한 임의의 형태의 직교 송신 다이버시티 기술은 각각의 주파수 빈에 대하여 변조 심볼 시퀀스에 적용된다.
왈쉬/알라모우티 블록 (712, 714, 716) 각각의 4개의 출력은 "인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스" 블록 (722, 724, 726, 728) 의 각각에 공급된다. 즉, 4 개의 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (722, 724, 726, 728) 각각은 각각의 주파수 빈에 대하여 하나씩 별개의 3개의 확산 시퀀스의 출력칩을 입력으로서 갖는다. 도 1 내지 4 중 임의의 것과 같이 본 예는 4개의 개별 안테나가 다중 입력 다중 출력 통신 채널로의 입력으로서 사용된다고 가정한다. 임의의 프랙티컬 넘버의 다중 입력 다중 출력 채널로의 입력이 사용될 수 있다는 것은 명백하다. 예를들어, 8개의 입력을 갖는 채널은 8개의 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록을 요구하며, 각각의 왈쉬/알라모우티 블록은 8개의 출력을 제공하도록 요구될 수 있다. 주어진 예에 대하여 요구되는 변화는 당업자에게 명백하다. 따라서, 각각의 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록은 모든 주파수 빈의 출력, 즉 확산 시퀀스의 출력 칩에 인버스 FFT 처리를 수행한다. 인버스 FFT 연산이 확산 시퀀스의 출력 칩의 각각의 칩 주기에 대하여 한번씩 수행된다. 사이클릭 프리픽스는 당업계에 공지된 기술로서, 이는 일정량의 알려진 샘플을 인버스 FFT 에 추가하여 채널의 시간 분산을 해결한다. 사이클릭 프리픽스의 양은 다중 입력 다중 출력 채널내의 모든 신호 경로 간의 최대 시간 분산에 기초하여 결정된다. 따라서, 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (722, 724, 726, 728) 각각은 모든 주파수 빈으로부터의 확산 시퀀스의 출력칩을 주파수 영역으로부터 시간 영역으로 변환한다.
따라서, 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (722) 의 출력 (723), 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (724) 의 출력 (725), 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (726) 의 출력 (727), 및 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 블록 (728) 의 출력 (729) 는 시간 영역의 출력 칩의 확산 시퀀스이다. 출력 (723, 725, 727, 729) 각각은 통신 채널에 개별적으로 입력된다. 예를 들어, 출력 칩의 각각의 확산 시퀀스는 통신 채널로의 각각의 신호 입력을 위한 별개의 안테나를 이용하여 송신하기 이전에, 펄스 형상 신호에 이용하는 FIR 필터로 전달될 수 있다. 단일 안테나 또는 다중 안테나를 사용할 수 있는 통신 채널의 출력에서 수신기 또는 수신기들은, 신호를 수신하고 수신 FIR 필터를 통하여 신호를 전달하고, 도 8 과 관련하여 아래에서 설명하는 바와 같이 다른 처리를 수행한다.
따라서, 도 7 은 직교 송신 다이버시티로 합성된 OFDM 의 이용을 통하여 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서의 시간 분산의 효과를 억제하는 데 사용될 수 있는 시스템의 일 예를 나타낸다. 따라서, 시스템은 다중 입력 다중 출력 채널에서 신호 송신의 증대된 대역폭 효율을 위해서 더 큰 통신 신뢰성과 증대된 데이터 레이트를 제공한다.
도 8 은 일실시형태에 따라서 OFDM 을 통합한 수신기 처리의 일 예를 나타낸다. 도 8 에 나타낸 예시적인 시스템 (800) 은 통신이 순방향 채널에서 행해질 때 가입자 유닛 또는 모바일 유닛에 일반적으로 있을 수 있는 수신기의 일부분을 구성한다. 예시적인 시스템 (800) 은 WCDMA 통신 시스템이나 확산 스펙트럼 통신 시스템내의 가입자 유닛 수신기의 일부분일 수 있다.
도 8 에 나타낸 예시적인 시스템 (800) 에서, 입력 신호 (801, 803, 805, 807) 은 다중 입력 다중 출력 통신 채널로부터 수신된다. 위에서 설명한 바와 같이, 예를 들어, 통신 채널은 다중입력 다중출력 또는 MIMO 채널을 포함하는 무선 통신 시스템의 다수의 송신 안테나와 수신 안테나 간의 무선 주파수 송신일 수 있다. 본원에서 사용한 예에 대하여, 4개의 송신 안테나와 4개의 수신 안테나를 갖는 채널을 설명한다. 따라서, 입력 신호 (801, 803, 805, 807) 은 개별 수신 안테나를 통하여 수신된다.
계속하여 도 8 에서, 도 8 에 나타낸 수신처리는 도 7에서 사용한 송신 처리와 사용하는 것을 의도한다. 도 7 의 송신 프로세스는 위에 나타낸 바와 같이 도 1, 도 2, 도 3 또는 도 4 와 관련하여 설명한 송신 프로세스중 임의의 것을 통합할 수 있다. 입력 신호 (801, 803, 805, 807) 는 모든 주파수 빈으로부터의 출력 칩의 시간 영역 확산 시퀀스를 포함한다. 입력 신호 (801) 는 FFT 블록 (802) 으로 전달되고, 입력 신호 (803) 은 FFT 블록 (804) 으로 전달되고, 입력 신호 (805) 는 FFT 블록 (806) 으로 전달되고, 입력 신호 (807) 는 FFT 블록 (808) 로 전달된다. FFT 블록 (802, 804, 806, 808) 각각은 출력 칩의 확산 시퀀스 각각의 칩 주기에 대하여 한번씩 FFT 연산을 수행하여 출력 칩의 확산 시퀀스를 시간 영역으로부터 주파수 영역으로 변환하여 모든 주파수 빈을 채운다. 그후, 주파수 영역의 출력 칩의 확산 시퀀스는 "왈쉬/알라모우티 및 메트릭 생성" 블록 (812, 814, 816) 으로 전달된다. 각각의 주파수 빈에 대하여 하나의 왈쉬/알라모우티 및 메트릭 생성 블록이 존재한다. 본원에서 사용된 예는 3개의 주파수 빈을 가지며, 따라서 3개의 왈쉬/알라모우티 및 메트릭 생성 블록이 존재한다. 각각의 블록은 도 5 와 6 과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 메트릭 값의 생성을 위한 수신기 처리를 수행한다. 도 5 와 6 의 처리 각각은 사용된 송신 처리 방식이 도 1 이나 2, 및 도 3 이나 4 의 것인지 여부에 의존하여 사용된다. 왈쉬/알라모우티 및 메트릭 생성 블록 (812, 814, 816) 각각에 의해 출력된 메트릭 값은 주파수 디코딩 및 시간 멀티플렉싱 블록 (822) 으로 전달된다. 주파수 디코딩 및 시간 멀티플렉싱 블록 (822) 는 도 7 과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 본원에서 사용된 예에서 수행되는 시간 디멀티플렉싱을 원래대로 돌리기 위해서 메트릭 값을 시간 다중화한다. 예를 들어, 인터리빙 같은 다른 기술이 사용되는 경우, 주파수 디코딩 및 시간 멀티플렉싱 블록 (822) 은 해당 디인터리빙을 포함할 수 있으며, 이는 당업자에게 명백하다. 그후, 주파수 디코딩된 메트릭 값은 트렐리스 디코드 블록 (832) 로 전달되며, 이는 예를 들어 위에서 설명한 최대 가능성 디코딩을 이용하여 변조 심볼 시퀀스를 디코딩하는 비터비 디코더를 포함할 수 있다. 따라서, 도 8 은 다중 입력 다중 출력 통신 채널에서 직교 주파수 분할 다중화로 합성된 알라모우티 송신 다이버시티의 신호 직교성의 이용을 위한 수신기 처리의 일 예를 나타낸다.
WCDMA 시스템의 무선 통신에 대하여 다중 입력 다중 출력 기술을 이용하는 다중 입력 다중 출력 채널에서 증대된 대역폭 효율을 위한 방법 및 시스템을 개시한 실시형태들이 제공하는 것을 위의 설명으로부터 알 수 있다. 위에서 설명한 일 실시형태에 따르면, 사용자간에 뿐만 아니라 안테나 간에 직교성을 유지하면서 사용자 정보가 다중 송신 다중 수신 안테나 간에 송신된다. 또한, 위에서 설명한 실시형태에 따르면, 다이버시티는 사용자간에 뿐만 아니라 안테나간에 직교성을 유지하면서도 달성된다. 개시한 실시형태들은 WCDMA 시스템의 통신에 적용되는 것으로 설명되었지만, 직교 송신 다이버시티가 다수의 송신 및 수신 안테나, 또는 다수의 통신 입력 및 출력으로 사용하는 데 필요한 유사한 상황에 어떻게 개시한 실시형태를 적용할지는 당업자에게 명백하다.
위의 설명으로부터, 현재 개시한 실시형태의 개념을 그 범위를 벗어나지 않 고 구현하는 데 다양한 기술을 사용할 수 있음이 명백하다. 또한, 여기 개시한 실시형태는 일부 실시형태를 특정하게 참조하여 설명하였지만, 당업자는 여기 개시한 실시형태의 정신과 범위를 벗어나지 않는 형태와 세부 사항으로 변경을 행할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 여기서 설명한 실시형태에 나타낸 쿼드러쳐 진폭 변조 QAM 은 위상 시프트 키잉 ("PSK") 같은 다른 형태의 변조 방식으로 대체될 수 있다. 또한, 예를 들어, 여기서 설명하는 일 실시형태에 제시된 공간 시간 다이버시티 인코딩은 공간 주파수 다이버시티 인코딩으로 대체될 수 있다. 설명한 실시형태는 모든 경우에 예시적인 것이며 제한적인 것이 아니다. 여기 개시한 실시형태는 여기 개시한 특정 실시형태에만 제한되는 것이 아니라 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정, 변경, 및 치환을 행할 수 있다.
이상, 다중 입력 다중 출력 채널에서의 증대된 대역폭 효율을 위한 방법 및 시스템을 기술하였다.

Claims (34)

  1. 입력 비트 스트림을 트렐리스 코드 블록에 제공하는 단계;
    변조 심볼 시퀀스를 제공하도록, 상기 트렐리스 코드 블록의 출력을 변조하는 단계;
    상기 변조 단계 후에 상기 변조 심볼 시퀀스를 주파수 코딩하는 단계;
    각각이 복수의 출력 칩의 확산 시퀀스 중 하나를 출력하는 복수의 왈쉬 (Walsh) 커버에 상기 변조 심볼 시퀀스를 공급하는 단계;
    상기 공급 단계 후에 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 처리를 수행하는 단계; 및
    채널을 통하여 상기 복수의 출력 칩의 확산 시퀀스를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 단계는 상기 변조 심볼 시퀀스의 복제본 (replica) 을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 단계는 상기 변조 심볼 시퀀스를 시간 디멀티플렉싱하여 상기 변조 심볼 시퀀스의 일부분을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 동시에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 왈쉬 커버는 서로 직교인 왈쉬 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조 단계는 트렐리스 (trellis) 코딩된 쿼드러쳐 (quadrature) 진폭 변조를 이용하여 상기 트렐리스 코드 블록의 상기 출력을 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 트렐리스 코드 블록은 상기 입력 비트 스트립에 레이트 (n-1)/n 트렐리스 코딩을 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 채널은 다중 입력 다중 출력 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 입력 비트 스트림을 트렐리스 코드 블록에 제공하는 단계;
    제 1 변조 심볼 시퀀스를 제공하도록, 상기 트렐리스 코드 블록의 출력을 변조하는 단계;
    제 2 변조 심볼 시퀀스를 생성하도록, 상기 제 1 변조 심볼 시퀀스를 다이버시티 인코딩하는 단계;
    각각이 복수의 출력칩의 확산 시퀀스 중 하나를 출력하는 복수의 왈쉬 커버에 상기 제 2 변조 심볼 시퀀스를 공급하는 단계; 및
    채널을 통하여 상기 복수의 출력칩의 확산 시퀀스를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이버시티 인코딩은 공간 시간 인코딩인 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다이버시티 인코딩은 공간 주파수 인코딩인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 공급 단계는 상기 제 2 변조 심볼 시퀀스의 복제본을 상기 복수의 왈쉬 커버의 쌍에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 트렐리스 코드 출력을 변조하는 단계 이후 및 상기 다이버시티 인코딩하는 단계 이전에, 상기 제 1 변조 심볼 시퀀스를 디멀티플렉싱하는 단계를 포함함으로써, 상기 복수의 왈쉬 커버 쌍에 대응하는 상기 제 1 변조 심볼 시퀀스의 일부분이 동시에 다이버시티 인코딩되어 상기 제 2 변조 심볼 시퀀스의 일부분을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 왈쉬 커버는 쌍별로 서로 직교하는 왈쉬 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조 단계는 트렐리스 코딩된 쿼드러쳐 진폭 변조를 이용하여 상기 트렐리스 코드 블록의 상기 출력을 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 변조 단계 후 그리고 상기 공급 단계 전에 상기 변조 심볼 시퀀스를 주파수 코딩하는 단계; 및
    상기 공급 단계 후 그리고 상기 송신 단계 전에 인버스 FFT 및 사이클릭 프리픽스 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 채널은 다중 입력 다중 출력 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 입력 비트 스트림을 인코딩하도록 구성된 트렐리스 코드 블록;
    상기 트렐리스 코드 블록의 출력을 수신하여 변조 심볼 시퀀스를 제공하도록 구성된 변조기;
    상기 변조 심볼 시퀀스를 주파수 코딩하여 상기 변조 심볼 시퀀스의 일부를 복수의 왈쉬 커버의 각각에 동시에 제공하도록 구성된 주파수 코더, 및
    상기 복수의 왈쉬 커버 각각의 상기 출력을 주파수 영역으로부터 시간 영역으로 변환하여 복수의 출력칩의 확산 시퀀스를 제공하도록 구성된 인버스 FFT 프로세서를 구비하며,
    상기 변조 심볼 시퀀스는 상기 복수의 왈쉬 커버에 공급되며 상기 복수의 왈쉬 커버의 각각은 상기 복수의 출력칩의 확산 시퀀스 중 하나를 출력하며,
    채널을 통하여 상기 복수의 출력칩의 확산 시퀀스를 송신하도록 구성된 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조 심볼 시퀀스의 복제본은 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 공급되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조 심볼 시퀀스는 시간 디멀티플렉싱되어 상기 변조 심볼 시퀀스의 일부분을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 동시에 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 왈쉬 커버는 서로 직교하는 왈쉬 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 변조기는 트렐리스 코딩된 쿼드러처 진폭 변조를 이용하여 상기 트렐리스 코드 블록의 상기 출력을 변조하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 트렐리스 코드 블록은 레이트 (n-1)/n 트렐리스 코딩을 상기 입력 비트 스트림에 수행하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 채널은 다중 입력 다중 출력 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 입력 비트 스트림을 인코딩하도록 구성된 트렐리스 코드 블록;
    상기 트렐리스 코드 블록의 출력을 수신하여 제 1 변조 심볼 시퀀스를 제공하도록 구성된 변조기;
    상기 제 1 변조 심볼 시퀀스를 다이버시티 인코딩하여 제 2 변조 심볼 시퀀스를 생성하도록 구성된 알라모우티 (Alamouti) 블록; 및
    상기 제 2 변조 심볼 시퀀스가 복수의 왈쉬 커버에 공급되고 상기 복수의 왈쉬 커버 각각은 복수의 출력칩의 확산 시퀀스 중 하나를 출력하는 복수의 왈쉬 커버를 구비하며,
    채널을 통하여 상기 복수의 출력칩의 확산 시퀀스를 송신하도록 구성된 시스템.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 알라모우티 블록은 공간 시간 인코딩을 이용하여 다이버시티 인코딩하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제 24 항에 있어서,
    상기 알라모우티 블록은 공간 주파수 인코딩을 이용하여 다이버시티 인코딩하도록 구성된 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 2 변조 심볼 시퀀스의 복제본은 상기 복수의 왈쉬 커버의 쌍에 공급되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 제 1 변조 심볼 시퀀스가 디멀티플렉싱되어, 상기 복수의 왈쉬 커버 쌍에 대응하는 상기 제 1 변조 심볼 시퀀스의 일부분이 동시에 다이버시티 인코딩되어 상기 제 2 변조 심볼 시퀀스의 일부분을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 왈쉬 커버는 쌍별로 서로 직교하는 왈쉬 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제 24 항에 있어서,
    상기 변조 단계는 트렐리스 코딩된 쿼드러쳐 진폭 변조를 이용하여 상기 트렐리스 코드 블록의 상기 출력을 변조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 변조 심볼 시퀀스를 주파수 코딩하여 상기 변조 심볼 시퀀스의 일부분을 상기 복수의 왈쉬 커버 각각에 동시에 제공하도록 구성된 주파수 코더; 및
    상기 복수의 왈쉬 커버 각각의 상기 출력을 주파수 영역으로부터 시간 영역으로 변환하여 상기 복수의 출력칩의 확산 시퀀스를 제공하도록 구성된 인버스 FFT 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제 24 항에 있어서,
    상기 채널은 다중 입력 다중 출력 채널을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 삭제
  34. 삭제
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