KR200402027Y1

KR200402027Y1 - 직교 주파수 분할 다중화 통신에 대한 공간 주파수 블럭코딩을 구현하는 무선 송수신 유닛 및 기지국

Info

Publication number: KR200402027Y1
Application number: KR20-2005-0023480U
Authority: KR
Inventors: 재영 곽; 로버트 엘 올레센; 아이컷 불탄; 엘대드 제이라; 창수 구; 패티 엠 오즐러터크; 유에진 후앙; 칼펜두 알 파사드
Original assignee: 인터디지탈 테크날러지 코포레이션
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2005-11-28

Abstract

본 고안은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신에 대한 공간 주파수 블럭 코딩(SFBC)을 구현하는 무선 송수신 유닛(WTRU) 및 기지국에 관한 것이다. 상기 무선 송수신 유닛(WTRU) 또는 기지국은 채널 코더; 상기 채널 코더에 결합되는 멀티플렉서; 상기 멀티플렉서에 결합되는 전력 로딩 유닛; 상기 전력 로딩 유닛에 결합되는 복수의 SFBC 인코딩 유닛; 상기 복수의 SFBC 인코더에 결합되는 복수의 직렬 대 병렬 컨버터; 상기 직렬 대 병렬 컨버터에 결합되는 복수의 고유 빔 형성기; 상기 복수의 고유 빔 형성기에 결합되는 복수의 고속 퓨리에 역변환(IFFT) 유닛; 및 복수의 안테나를 포함한다.

Description

직교 주파수 분할 다중화 통신에 대한 공간 주파수 블럭 코딩을 구현하는 무선 송수신 유닛 및 기지국{WIRELESS TRANSMIT/RECEIVE UNIT AND BASE STATION FOR IMPLEMENTING SPACE FREQUENCY BLOCK CODING FOR ORTHOGONAL FREQUENCY DIVISION MULTIPLEXING COMMUNICATIONS}

본 고안은 무선 통신 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 고안은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 무선 통신 시스템에서 공간 주파수 블럭 코딩(SFBC)을 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

OFDM는 데이터가 복수의 보다 작은 스트림으로 분할되고 각 스트림이 전체 이용가능한 전송 대역폭보다 적은 대역폭을 갖는 서브캐리어를 사용하여 전송되는 데이터 전송 방식이다. OFDM의 효율성은 서로 직각인 이들 서브캐리어를 선택하는 것에 의존한다. 서브캐리어는 서로 간섭하기 않으면서 각각이 전체 사용자 데이터의 일부를 반송한다.

OFDM 시스템은 다른 무선 통신 시스템에 비하여 이점을 갖는다. 사용자 데이터가 상이한 서브캐리어에 의해 반송되는 스트림으로 분할되는 경우, 각 서브캐리어의 유효 데이터 레이트가 훨씬 작아진다. 따라서, 심벌 기간이 훨씬 크다. 큰 심벌 기간은 보다 큰 지연 스프레드를 허용할 수 있다. 다시 말하면, 엄청난 다중경로에 의해 영향을 받지 않는다. 따라서, OFDM 심벌은 복잡한 수신기 설계없이 지연 스프레드를 허용할 수 있다. 그러나, 통상의 무선 시스템은 다중경로 페이딩을 처리하기 위해서 복잡한 채널 등화 방식을 요구한다.

OFDM의 다른 이점은 송신기와 수신기에서 직교 서브캐리어의 생성이 고속 퓨리에 역변환(IFFT)과 고속 퓨리에 변환(FFT) 엔진을 사용하여 행해질 수 있다는 점이다. IFFT와 FFT 구현은 공지되어 있기 때문에, OFDM은 용이하게 구현될 수 있으며 복잡한 수신기를 요구하지 않는다.

다중 입력 다중 출력(MIMO)은 송신기와 수신기가 하나 이상의 안테나를 사용하는 무선 송수신 방식 유형을 의미한다. MIMO 시스템은 공간 다이버시티 또는 공간 다중화의 이점을 활용하며 신호 대 잡음비(SNR)를 개선하여 처리율을 향상시킨다.

SFBC는 연속 타임 슬롯 내에서 동일한 서브캐리어가 아닌 인접 서브캐리어 상에서 공간 다이버시티 코딩의 심벌을 전송하는 방식이다. SFBC는 시공간 블럭 코딩의 고속 시간 변동의 문제를 회피한다. 그러나, 이 채널은 결합이 발생하는 서브캐리어 상에서 일정할 필요가 있다.

본 고안은 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 무선 통신 시스템에서 공간 주파수 블럭 코딩(SFBC)를 구현하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 고안은 폐루프 모드와 개루프 모드에서 모두 이용가능하다. 폐루프 모드에서, 전력 로딩 및 고유 빔 형성(eigen-beamforming)이 채널 상태 정보(CSI)에 기초하여 수행된다. 채널 코딩 데이터 스트림은 둘 이상의 데이터 스트림으로 다중화된다. 전력 로딩은 다중화된 데이터 스트림 각각에 대한 CSI에 기초하여 수행된다. SFBC 인코딩은 서브캐리어 쌍 각각에 대한 데이터 스트림에 대하여 수행된다. 그 후, 고유 빔 형성은 CSI에 기초하여 수행되어 다수의 송신 안테나 상으로 고유 빔을 계산한다. 전력 로딩은 둘 이상의 SFBC 인코딩 블럭 또는 각각의 고유 모드에 대하여 수행될 수 있다. 또한, 전력 로딩은 약한 고유 모드에 대한 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹에 걸쳐 수행될 수 있다.

본 고안에 따르면, 강력한 채널 추정이 채널 정보 피드백을 구비하거나 구비하지 않고 모든 채널 조건에서 제공될 수 있으며, 낮은 복잡도가 송신기와 수신기에서 모두 달성된다. 또한, 스케일가능한 솔루션은 임의의 안테나 구성에서 사용될 수 있으며, 후행 호환성이 802.11a/g의 개선된 성능으로 제공된다.

이하, "스테이션"(STA)라는 용어는 사용자 장비, 무선 송수신 유닛, 고정 또는 이동 가입자 유닛, 호출기 또는 무선 환경에서 동작할 수 있는 임의의 다른 유형의 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 이하 참조되는 경우, "액세스 포인트"(AP)라는 용어는 노드-B, 기지국, 사이트 제어기 또는 무선 환경에서의 임의의 다른 유형의 인터페이싱 장치를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

본 고안은 도면을 참조하여 설명하며, 상기 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 요소를 나타낸다. 본 고안에서 제공되는 도면은 하이 레벨 기능 블럭도이며 기능 블럭에 의해 구현되는 펑션은 보다 많거나 적은 블럭으로 구현될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 고안의 특징은 집적 회로(IC)에 포함되거나 다수의 상호 접적 컴포넌트를 포함하는 회로에 구성될 수 있다.

본 고안의 실시예는 SFBC MIMO 코딩 및 수신기 정합 필터를 구현하는 송신기를 제공한다. 또한, 실시예는 송신기 채널 프리코딩(transmitter channel precoding)과 수신기 안테나 처리뿐만 아니라 채널 분해 펑션(channel decomposition function)을 제공한다.

시스템 동작에는 폐루프와 개루프인 두 개의 모드가 있다. 폐루프는 채널 상태 정보(CSI)가 송신기에 이용가능한 경우에 이용된다. 개루프는 CSI가 이용가능하지 않은 경우에 이용된다. 다이버시티 이점을 제공하는 레거시 STA로의 전송을 위해 변형이 사용될 수 있다.

폐루프 모드에서, 채널 매트릭스를 분해하고 직교화(diagonalizing)함으로써 그리고 송신기에 프리코딩함으로써 가상의 독립 채널을 생성하는데 CSI가 사용된다. TGn 채널의 고유값이 제공되는 경우, 본 고안은 채널 프리코더로의 입력에서 송신기에서 공간 주파수 직교 MIMO 코딩을 사용하여 데이터 레이트를 감소시키는 비용으로 강인성을 증가시킨다. MIMO에서 임의의 코딩 방식은 다이버시티 대 다중화 이득간의 타협을 처리하여야 한다. 특정 채널 특성에 가장 적합한 타협 방식을 갖는 것이 바람직하다. SFBC는 채널의 낮은 이동도와 긴 코히어런스 시간으로 인해 선택된다. 이러한 방식은 MMSE 수신기보다 간단한 수신기 구현을 가능하게 한다. 결합된 솔루션은 보다 큰 범위에서 높은 처리율을 가능하게 한다. 본 고안의 실시예는 서브캐리어 전력/비트 로딩마다 가능하게 하며 채널 상태 피드백을 구비한 폐루프 동작을 통해 강인한 링크를 유지한다. 다른 가능한 이점은 송신기와 수신기에 모두 임의 개수의 안테나에 용이하게 스케일가능하다.

CSI는 수신기로부터의 피드백에 의해 또는 채널 상호성을 활용함으로써 송신기에서 획득될 수 있다. 채널 상호성은 주로 TDD 기반 시스템에서 유용하다. 이 경우, 송신기와 수신기가 채널을 독립적으로 추정 및 분해할 수 있다. 채널 갱신 속도는 SNR이 높아서 피드백 대역폭 부하가 낮은 경우에 낮아질 수 있다. 지연 시간 요건 및 피드백 데이터 레이트는 통상 고유값의 내재 주파수 비선택성에 통상 중요하지 않다.

폐루프 모드는 송신기의 조정이 업링크 및 다운링크 방향으로 추정된 채널의 진폭 및 위상차를 보상한다. 이는 예를 들면 STA 결합 동안 또는 애플리케이션 제어 하에서 독립적으로 행해지고, 양 단에서 채널의 추정에 대한 채널 상호성을 사용할 수 있다. 또한, 고유 빔 당 CQI(또는 SNR)은 송신기에 피드백되어 적응형 속도 제어를 지원한다.

도 1은 폐루프 모드를 구현하는 OFDM-MIMO 시스템(100)의 블럭도이다. 시스템(100)은 송신기(110)와 수신기(130)를 포함한다. 송신기(110)는 채널 인코더(112), 멀티플렉서(114), 전력 로딩 유닛(116), 복수의 SFBC 인코딩 유닛(118), 복수의 직렬 대 병렬(S/P) 컨버터(120), 복수의 고유 빔 형성기(122), 복수의 IFFT 유닛(124) 및 복수의 송신 안테나(미도시)를 포함한다. 채널 인코더(112)는 수신기(130)로부터 전송된 채널 품질 지시기(CQI)에 따라 데이터를 인코딩하는 것이 바람직하다. CQI는 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹마다 코딩 레이트와 변조 방식을 결정하는데 사용된다. 코딩된 데이터 스트림은 멀티플렉서(114)에 의해 둘 이상의 데이터 스트림으로 다중화된다.

각 데이터 스트림의 전송 전력 레벨은 피드백에 기초하여 전력 로딩 유닛(116)에 의해 조정된다. 전력 로딩 유닛(116)은 각 고유 빔의 데이터 레이트에 대한 전력 레벨을 조정하여 모든 고유 빔(또는 서브캐리어)에 대한 전체 전송 전력을 밸런싱하며, 이는 이하 상세히 설명한다.

SFBC 인코딩 유닛(118)은 데이터 스트림에 대하여 SFBC 인코딩을 수행한다. SFBC 인코딩은 전송되는 각 데이터 레이트에 대한 고유 빔과 서브캐리어에 대하여 행해진다. 고유 빔과 서브 캐리어 쌍은 독립 채널을 보장하도록 선택된다. OFDM 심벌은 K 서브캐리어 상에서 반송된다. SFBC를 조정하기 위해서, 서브캐리어는 L쌍의 서브캐리어(또는 서브캐리어 그룹)로 분할된다. 각각의 서브캐리어 그룹의 대역폭은 채널의 코히어런스 대역폭보다 적어야 한다. 그러나, 고유 빔 형성과 결합되는 경우, 이러한 제한은 고유 빔의 주파수 비민감성으로 인해 완화된다.

블럭 코드에 의해 사용되는 서브캐리어 그룹의 쌍은 독립으로 간주된다. 다음은 OFDM 심벌에 적용되는 알라무티(Alamouti) 형태의 SFBC의 일례이다:

SFBC 인코딩 유닛(118)이 모든 서브캐리어에 대하여 OFDM 심벌을 구성하는 경우, 코딩된 블럭은 S/P 컨버터(120)에 의해 다중화되고 고유 빔 형성기(122)에 입력된다. 고유 빔 형성기(122)는 이 고유 빔을 송신 안테나에 분배한다. IETF 유닛(124)을 주파수 도메인 내의 데이터를 타임 도메인의 데이터로 변환한다.

수신기(130)는 복수의 수신 안테나(미도시), 복수의 FET 유닛(132), 고유 빔 형성기(134), SFBC 디코딩 유닛(136), 결합기(138), 채널 디코더(144), 채널 추정기(140), CSI 생성기(142) 및 CQI 생성기(146)를 포함한다.

FFT 유닛(132)은 수신된 샘플을 주파수 도메인으로 전환하고, 고유 빔 형성기(134), SFBC 디코딩 유닛(136)과 채널 디코더(144)는 송신기(110)에서 수행되는 동작과 반대의 동작을 수행한다. 결합기(138)는 최대 비율 결합(maximal ratio combining; MBC)으로 SFBC 디코딩 결과를 결합한다.

채널 추정기(140)는 송신기로부터 전송된 트레이닝 시퀀스를 사용하여 채널 행렬을 생성하고 이 채널 행렬을 특이값 분해(singular value decomposition; SVD) 또는 고유값 분해에 의해 서브캐리어(또는 서브캐리어 그룹)마다 두 개의 유니터리 행렬 U와 V(U는 전송에 대한 것이고, V는 수신에 대한 것) 및 직교 행렬 L로 분해한다. CSI 생성기(142)는 채널 추정 결과로부터 CSI를 생성하고, CQI는 디코딩 결과에 따라 CQI를 생성한다. CSI와 CQI는 송신기(110)에 전송된다.

nT 송신 안테나와 nR 수신 안테나 간의 채널 행렬 H는 다음과 같이 기재될 수 있다:

채널 행렬 H는 다음과 같이 SVD로 분해될 수 있다:

여기서, U와 V는 유니터리 행렬이고 D는 직교 행렬이다. 그리고, . 그 후, 전송 심벌 벡터 s에 있어서, 전송 프리코딩은 다음과 같이 간단히 수행된다:

(전송된 신호)

수신된 신호는 다음과 같이 된다:

여기서, n은 채널에 도입된 잡음이다. 수신기는 정합된 필터를 사용하여 분해를 완성한다:

고유 빔에 대한 채널 이득을 정규화한 후에, 전송 심벌 s의 추정치는 다음과 같이 된다:

s는 연속 간섭 소거 또는 MMSE형 검출기를 수행할 필요없이 검출된다. D^HD는 대각선에 걸쳐 H의 고유값으로 형성된 직교 행렬이다. 따라서, 정규화 팩터는 α=D^-2. U는 HH ^H 의 고유벡터이고, V는 H ^H H의 고유벡터이며, D는 H(HH ^H 의 고유값의 제곱근)의 특이값의 직교 행렬이다.

도 2는 본 고안에 따른 개루프 모드를 구현하는 시스템(200)의 블럭도이다. 시스템(200)은 송신기(210)와 수신기(230)를 포함한다. 개루프 모드에서, 송신기에서의 공간 주파수 코딩 및 공간 스프레딩의 결합은 CSI를 요구하지 않고 다이버이시티를 제공한다. 802.11a/g STA에서 동작하는 경우에는 이러한 방식의 변형이 사용될 수 있다.

송신기(210)는 채널 인코더(212), 멀티플렉서(214), 전력 로딩 유닛(216), 복수의 SFBC 인코딩 유닛(218), 복수의 직렬 대 병렬(S/P) 컨버터(220), 빔 형성기 네트워크(BFN; 222), 복수의 IFFT 유닛(224) 및 복수의 송신 안테나(226)를 포함한다. 폐루프 모드에서와 같이, 채널 인코더(212)는 CQI를 사용하여 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹마다 코딩 레이트와 변조를 결정한다. 코딩된 데이터 스트림은 멀티플렉서(214)에 의해 둘 이상의 데이터 스트림으로 다중화된다.

개루프에서, 고유 빔 형성기는 빔 형성 네트워크(BFN; 222)로 대체된다. BFN(22)은 공간에서 N개의 빔을 형성하며, 여기서 N은 안테나(226)의 개수이다. 빔은 BFN 행렬 연산에 의해 의사 랜덤하게 구성된다. SFBC 코딩에 대하여 사용되는 독립적인 서브캐리어 그룹이 개별 빔에 전송된다.

레거시 지원에 있어서, SFBC 코딩이 수행되지 않을 수 있다. 그 대신, 빔 퍼뮤트(beam permutation)를 통한 다이버시티가 수행되어 다이버시티와 이에 따른 레거시 802.11a/g 장비의 성능을 개선한다.

수신기(230)는 수신 안테나(231), FFT 유닛(232), BFN(234), SFBC 디코딩 및 결합 유닛(236) 및 채널 디코더(238)를 포함한다. FFT 유닛(232)은 타임 도메인에서 수신된 신호를 주파수 도메인에서의 신호로 전환한다. SFBC 디코딩과 결합 유닛(236)은 서브캐리어 그룹/고유 빔으로부터 수신된 심벌을 디코딩하고 결합하여 이들을 성좌 크기의 사전 지식을 사용하여 병렬에서 직렬로 전환한다. 심벌은 MRC를 사용하여 결합된다. 채널 디코더(238)는 결합된 심벌을 디코딩하고 CQI를 생성한다.

전력 로딩의 제1 실시예를 이하 설명한다. 공간 처리는 공간 주파수 코딩과 고유 빔 형성의 결합이다. 이는 SFBC가 허용가능한 잉여 이득과 고유 빔 형성기가 제공하는 공간 다중화 간의 최적의 타협을 제공하도록 수행된다. 전력 로딩 방식은 채널 행렬의 고유 모드에 걸쳐 동작한다. 그러나, SFBC는 또한 코더 내부의 교차 동작으로 인해 입력 전력 로딩이 무엇이든지 간에 코더의 출력이 동일한 전력 로딩을 갖는다는 제한을 도입한다.

도 3은 전력 로딩을 나타내는 송신기(110)의 블럭도이다. 도 3은 4x4 경우를 일례로서 나타내며, 전력 로딩 방식의 제1 실시예는 4x4 경우를 참조하여 설명할 수 있다. 그러나, 4x4 경우는 임의의 다른 경우로 확장될 수 있음이 이해되어야 한다.

특정 서브캐리어 k에 있어서, 4개의 데이터 스트림은 2쌍의 전력 로딩/AMC 모드에 매핑된다. 다시 말하면, 변조 순서가 각 입력 쌍에 대하여 동일하게 선택된다. 이는 고유 모드의 쌍에 그 후 매핑된다. 전력 로딩 유닛(116)의 출력은 듀얼 2x2 SFBC 인코딩 유닛(118)에 적용된 후 고유 빔 형성기(122)에 전달된다. 고유 빔 형성기(122)는 입력을 전처리를 통해 채널의 고유 모드에 매핑한다.

모든 k 서브캐리어에 대하여, 채널 행렬의 고유값이 송신기에 공지되어 있다. 각 고유 모드에 대한 채널 에너지는 다음과 같이 한정된다:

여기서, λ_i,k는 k번째 서브캐리어의 채널에 대한 i번째 고유값이다. 두 개의 SNIR은 다음과 같이 두 개의 결합된 고유 모드에 대하여 한정된다:

여기서, M은 고유 모드의 개수이다. 다시 말하면, 고유 모드는 최대 채널 에너지(또는 SNIR)를 갖는 고유 모드의 절반이 하나의 그룹에 있고 최소 채널 에너지를 갖는 나머지 절반이 다른 그룹에 있도록 그룹화된다. 따라서, 고조파(harmonic) SNIR은 보다 강하거나 약한 고유 모드의 전체 채널 에너지를 나타낸다. 채널 에너지는 고유 모드와 이들 고유 모드 상으로 반송되는 신호가 얼마나 강인한 가늘 나타낸다. 이러한 정보는 이하 보다 상세히 설명되는 바와 같이 각 절반에 대하여 상이한 적응형 변조 및 코딩(AMC) 및/또는 상이한 전려 RFHELD을 적용하는데 사용된다. 결합된 SNIR의 분리도는 다음과 같이 한정된다:

폐루프 동작 동안, 송신기(110)는 고유값과 전처리 행렬을 발췌하는 현재의 CSI의 지식을 갖는다. 송신기(110)는 또한 CSI로부터 링크 Rb에서 지원될 수 있는 데이터 레이트를 추론한다. 그 후, 해당의 허용된 CQI에 대한 전력 로딩은 OFDM마다 전송될 수 있는 비트의 개수와 각 모드에서 사용되어야 하는 변조 형태 간의 최적화이다.

상술한 바와 같이 고유 모드 i에 대하여 계산된 채널 에너지를 사용하여, 채널 조건에 대하여 지원될 수 있는 최대 비트 레이트가 결정된다. 그 후, 상기 모드 분리도 계산을 사용하여 두 쌍의 모드 간에 비트 레이트가 어떻게 분산될 필요가 있는지가 결정된다. 도 4는 두 쌍의 모드 사이에서 예시적인 전력 로딩 및 적응형 변조와 코딩 매핑을 나타내는 도면이다. 이 예에서, 지원될 수 있는 비트 레이트는 λ특정 서브캐리어에 대하여 OFDM 심벌당 24비트이다. 비트 레이트를 충족하는 최저 변조 차수는 점선 화살표에 의해 나타낸 바와 같이 도 4에서 발견된다. 이 예에서, 제1 및 제2 모드(결합 모드의 제1 쌍)는 16QAM를 사용할 수 있으며 제3 및 제4 모드(결합 모드의 제2 쌍)는 256QAM를 사용할 수 있다.

이러한 매핑은 하나의 서브캐리어에 대하여 그리고 허용가능한 하나의 CQI에 대하여 나타낸다. 2x4, 2x2 등과 같은 다른 MIMO 구성의 경우에, 테이블 엔트리에서 전체 비트수는 전송 성능을 나타내도록 스케일 다운되고 전력 로딩이 한쌍의 모드로 행해질 수 있다는 점을 제외하면, 동일한 전력 로딩 방식이 적용가능하다.

제2 실시예에 따른 전력 로딩 방식을 이하 설명한다. 서브캐리어당 고유값 (λ₁(k) > λ₂(k) > ... > λ_nT(k))은 랭크되고 고유 빔(E1, E2, ..., E^nT)는 모든 서브캐리어에 대한 동일한 랭크된 고유값를 그룹화함으로써 다음과 같이 생성된다:

i=1, 2, ..., nT에 대하여.

K는 서브캐리어의 개수이고, nT는 송신 안테나의 개수이며, λ_i(j)는 j번째 서브캐리어의 i번째 고유값이다. nT는 짝수이다.

고유 빔마다 고유 값의 평균값은 다음과 같이 계산된다:

i=1, 2, ..., nT에 대하여.

{E¹, E²}₁, {E³, E⁴}₂, ... ,{E²ⁱ ^-1, E²ⁱ}_i , ... , {E^nT ^-1, E^nT}_nT/2.와 같이 고유 빔은 알라무티 공간 주파수 블럭을 생성하도록 쌍을 구성하다. 그러나, 한 쌍의 SNR이 SNR_max보다 큰 경우에는, 이의 SNR이 SNR_min이하가 될 때까지 이 쌍의 제2 고유 빔은 다음의 적은 고유값 평균을 갖는 고유 빔으로 대체된다.

여기서, 은 잡음 분산이고, SNR_min은 필요한 서비스 품질에 대한 최고 데이터 레이트에 있어서 최소 요구 SNR이다. 이 단계는 모든 고유 빔이 쌍을 구성할 때까지 반복된다. 도 5는 전력/비트 로딩에 대한 서브캐리어 그룹의 쌍 구성의 일례를 나타낸다.

고유 빔의 각 쌍에 대한 데이터 레이트는 쌍의 SNR을 주어진 품질에 대한 데이터 레이트에 매핑함으로써 결정된다. 요구되는 SNR은 고유 빔의 모든 쌍에 대하여 측정 에러를 보상하고 전체 전송 전력이 일정하게 되도록 조정될 수 있다.

서브캐리어의 쌍마다의 가중 벡터는 다음과 같이 계산될 수 있다:

여기서, i는 고유 빔의 i번째 쌍이고, j는 j번째 서브캐리어이다.

제3 실시예에 따르면, 제1 또는 제2 실시예에 더하여, 다른 전력 로딩이 약한 고유 모드에 대하여 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹에 걸쳐 적용된다. 다시 말하면, 모든 고유 모드에 적용되는 전력 로딩 대신에, 보다 약한 것들에만 적용될 수 있으며 이에 따라 전력 로딩으로부터 가장 유리할 수 있다. 이러한 경우, 전력 로딩되지 않은 이들 고유 모드는 여전히 SFBC 또는 다른 코딩을 가질 수 있거나 개별적으로 상이한 AMC 설정을 가질 수 있는 반면에, 전력 로딩된 이들 고유 모드는 예를 들면 동일한 AMC 설정을 고유한다. 또한, 채널의 고유 모드는 전력별로 가장 강한 것에서 가장 약한 것으로 항상 정렬된다. 유사한 전력의 고유 모드의 쌍을 구성함으로써, 채널의 전력 로딩을 개선할 수 있다.

공간 처리 방식은 임의 개수의 수신 및 송신 안테나 결합에 구성가능하다. 각 측의 안테나 개수에 따라, SFBC와 고유 빔 형성 옵션의 결합이 사용된다. 아래 표는 지원되는 다양한 구성과 각 시나리오에 적용가능한 공간 처리의 상태와 전력 로딩을 요약한다.

안테나 구성(송신X수신)	공간 주파수 블럭 코드	고유 빔 형성
MXN (M, N ≠1)	M/2 블럭 코드	송신에서 M개의 빔, 수신에서 N개의 빔
1XN (N≠1)	미사용	수신기 벤더에 의해 결정
MX1 (M≠1)	M/2 블럭 코드	송신에서 M개의 빔

본 고안의 특징 및 요소는 특정 결합으로 바람직한 실시예에서 설명하였지만, 각 특징 또는 요소는 바람직한 실시예의 다른 특징 또는 요소없이 단독으로 사용될 수 있으며 또는 본 고안의 다른 특징 또는 요소와 함께 또는 이들 없이 다양한 결합으로 사용될 수 있다.

상술한 본 고안에 따르면, 강력한 채널 추정이 채널 정보 피드백을 구비하거나 구비하지 않고 모든 채널 조건에서 제공될 수 있으며, 낮은 복잡도가 송신기와 수신기에서 모두 달성될 수 있다. 또한, 스케일가능한 솔루션이 임의의 안테나 구성에서 사용될 수 있다.

도 1은 폐루프 모드를 구현하는 OFDM-MIMO 시스템의 블럭도.

도 2는 개루프를 구현하는 시스템의 블럭도.

도 3은 전력 로딩을 나타내는 송신기의 블럭도.

도 4는 두 쌍의 모드 간의 예시적인 전력 로딩과 적응형 변조 및 코딩 매핑을 나타내는 도면.

도 5는 전력/비트 로딩에 대한 서브캐리어 그룹의 쌍 구성(pairing)의 일례를 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

112, 212 : 채널 코더

114, 214 : 멀티플렉서

116, 216 : 전력 로딩 유닛

118, 218 : SFBC 인코딩 유닛

120, 220 : S/P 컨버터

122, 222 : 고유 빔 형성기

124, 224 : IFFT 유닛

132, 232 : FFT 유닛

134, 234 : 고유 빔 형성기

136 : SFBC 디코딩 유닛

138 : 결합기

140 : 채널 추정기

142 : CSI 생성기

144 : 채널 디코더

146 : CQI 생성기

236 : SFBC 디코딩 MRC 결합 유닛

Claims

직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신에 대한 공간 주파수 블럭 코딩(SFBC)을 구현하는 무선 송수신 유닛(WTRU)에 있어서,

입력 데이터 스트림에 대한 채널 코딩을 수행하도록 구성되는 채널 코더;

상기 채널 코더에 결합되어, 상기 코딩된 데이터 스트림을 둘 이상의 스트림에 다중화하도록 구성되는 멀티플렉서;

상기 멀티플렉서에 결합되어, 상기 다중화된 데이터 스트림 각각에 대한 채널 상태 정보(CSI)에 기초하여 전력 로딩을 수행하도록 구성되는 전력 로딩 유닛;

상기 전력 로딩 유닛에 결합되어, 서브캐리어의 각 쌍에 대하여 상기 데이터 스트림에 대한 SFBC 인코딩을 수행하도록 구성되는 복수의 SFBC 인코딩 유닛;

상기 복수의 SFBC 인코더에 결합되는 복수의 직렬 대 병렬 컨버터;

상기 직렬 대 병렬 컨버터에 결합되고, 상기 CSI에 기초하여 고유 빔 형성을 수행하여 복수의 송신 안테나에 고유 빔을 분배하도록 구성되는 복수의 고유 빔 형성기;

상기 복수의 고유 빔 형성기에 결합되고, 전송시에 상기 데이터 스트림을 타임 도메인의 데이터로 전환하기 위해서 고속 퓨리에 역변환(IFFT)을 수행하도록 구성되는 복수의 고속 퓨리에 역변환(IFFT) 유닛; 및

복수의 안테나

를 포함하는 무선 송수신 유닛.
제1항에 있어서, 상기 서브캐리어는 복수의 서브캐리어 그룹으로 분할되는 것인 무선 송수신 유닛.
제2항에 있어서, 상기 서브캐리어 그룹의 대역폭은 한 채널의 코히어런스 대역폭보다 작은 것인 무선 송수신 유닛.
제2항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은,

모든 서브캐리어에 대하여 각 고유 모드에 대한 채널 에너지를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 채널 에너지로부터 복수의 모드에 대한 고조파 신호 대 잡음비(SNR)를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 고조파 SNR의 분리도를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 CSI로부터 지원될 수 있는 데이터 레이트를 결정하도록 구성되는 장치; 및

상기 모드들 간에 분배되는 비트 레이트를 결정하도록 구성되는 장치를 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
제4항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 약한 고유 모드에 대하여 각 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹에 걸쳐 전력 최적화를 적용하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
제1항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은,

서브캐리어마다 상기 고유 값을 랭크하도록 구성되는 장치;

모든 서브캐리어에 대하여 동일하게 랭크된 고유 값을 그룹화하여 고유 빔을 생성하도록 구성되는 장치;

고유 빔마다 상기 고유 값의 평균을 계산하도록 구성되는 장치;

상기 고유 빔의 쌍을 구성하여 공간 주파수 블럭을 생성하도록 구성되는 장치; 및

상기 고유 빔의 쌍의 필요한 신호 대 잡음비(SNR)를 데이터 레이트에 매핑하여 고유 빔의 각 쌍에 대한 데이터 레이트를 결정하도록 구성되는 장치를 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
제6항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 고유 빔의 모든 쌍에 대하여 상기 필요한 SNR을 조정하여 측정 에러를 보상하고 전체 전송 전력을 일정하게 하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
제6항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 고유 빔의 쌍마다 가중 벡터를 적용하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 무선 송수신 유닛.
제1항에 있어서, 상기 CSI는 수신기에 의해 생성되어 반환되는 것인 무선 송수신 유닛.
제1항에 있어서, 상기 CSI는 채널 상호성을 통해 송신기에 의해 생성되는 것인 무선 송수신 유닛.
직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 통신에 대한 공간 주파수 블럭 코딩(SFBC)을 구현하는 기지국에 있어서,

입력 데이터 스트림에 대한 채널 코딩을 수행하도록 구성되는 채널 코더;

상기 채널 코더에 결합되어, 상기 코딩된 데이터 스트림을 둘 이상의 스트림에 다중화하도록 구성되는 멀티플렉서;

상기 멀티플렉서에 결합되어, 상기 다중화된 데이터 스트림 각각에 대한 채널 상태 정보(CSI)에 기초하여 전력 로딩을 수행하도록 구성되는 전력 로딩 유닛;

상기 전력 로딩 유닛에 결합되어, 서브캐리어의 각 쌍에 대하여 상기 데이터 스트림에 대한 SFBC 인코딩을 수행하도록 구성되는 복수의 SFBC 인코딩 유닛;

상기 복수의 SFBC 인코더에 결합되는 복수의 직렬 대 병렬 컨버터;

상기 직렬 대 병렬 컨버터에 결합되고, 상기 CSI에 기초하여 고유 빔 형성을 수행하여 복수의 송신 안테나에 고유 빔을 분배하도록 구성되는 복수의 고유 빔 형성기;

상기 복수의 고유 빔 형성기에 결합되고, 전송시에 상기 데이터 스트림을 타임 도메인의 데이터로 전환하기 위해서 고속 퓨리에 역변환(IFFT)을 수행하도록 구성되는 복수의 고속 퓨리에 역변환(IFFT) 유닛; 및

복수의 안테나

를 포함하는 기지국.
제11항에 있어서, 상기 서브캐리어는 복수의 서브캐리어 그룹으로 분할되는 것인 기지국.
제12항에 있어서, 상기 서브캐리어 그룹의 대역폭은 한 채널의 코히어런스 대역폭보다 작은 것인 기지국.
제12항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은,

모든 서브캐리어에 대하여 각 고유 모드에 대한 채널 에너지를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 채널 에너지로부터 복수의 모드에 대한 고조파 신호 대 잡음비(SNR)를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 고조파 SNR의 분리도를 계산하도록 구성되는 장치;

상기 CSI로부터 지원될 수 있는 데이터 레이트를 결정하도록 구성되는 장치; 및

상기 모드들 간에 분배되는 비트 레이트를 결정하도록 구성되는 장치를 포함하는 것인 기지국.
제14항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 약한 고유 모드에 대하여 각 서브캐리어 또는 서브캐리어 그룹에 걸쳐 전력 최적화를 적용하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 기지국.
제11항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은,

서브캐리어마다 상기 고유 값을 랭크하도록 구성되는 장치;

모든 서브캐리어에 대하여 동일하게 랭크된 고유 값을 그룹화하여 고유 빔을 생성하도록 구성되는 장치;

고유 빔마다 상기 고유 값의 평균을 계산하도록 구성되는 장치;

상기 고유 빔의 쌍을 구성하여 공간 주파수 블럭을 생성하도록 구성되는 장치; 및

상기 고유 빔의 쌍의 필요한 신호 대 잡음비(SNR)를 데이터 레이트에 매핑하여 고유 빔의 각 쌍에 대한 데이터 레이트를 결정하도록 구성되는 장치를 포함하는 것인 기지국.
제16항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 고유 빔의 모든 쌍에 대하여 상기 필요한 SNR을 조정하여 측정 에러를 보상하고 전체 전송 전력을 일정하게 하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 기지국.
제16항에 있어서, 상기 전력 로딩 유닛은 고유 빔의 쌍마다 가중 벡터를 적용하도록 구성되는 장치를 더 포함하는 것인 기지국.
제11항에 있어서, 상기 CSI는 수신기에 의해 생성되어 반환되는 것인 기지국.
제11항에 있어서, 상기 CSI는 채널 상호성을 통해 송신기에 의해 생성되는 것인 기지국.